家庭でできる空気力学の実験。

米国のNSF(National Science Foundation/全米科学財団/国立科学財団)は2022年05月26日に、紙飛行機、昆虫の羽、そして小型ドローンの未来についてジェーソン・バテス(Jason Bates)の報告書を公開した。

200年近くも前から、空力に関する知識を得るために、研究者は紙飛行機に魅了されてきた。

翼もフィンもない、現代の飛行機とは似ても似つかないシンプルな紙であっても、複雑な空気力学の原理を理解することができる。

長方形の紙は紙吹雪のように地面に落ちますが、適度な重さを適度な位置に加えることで、紙の飛び方に影響を与える。

https://time-az.com/main/detail/76961

ニューヨーク大学の准教授で、自称紙飛行機マニアのレイフ・リストロフ(Leif Ristroph, an associate professor at New York University and self-described paper airplane fanatic)は、紙飛行機が落ちるときの空気力学を研究するアイデアは、この動きに対する好奇心から始まったと言う。

「紙飛行機を滑空させ、ひらひらさせない魔法は、重さをどうするかということなんです。他の要素は必要ないのです」とリストロフは言う。「基本的なことなので、誰かが以前に観察したことがあるような気がするのですが、それが見つかりませんでした。それなら、理解する価値がありますね。」

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そして、一枚の紙に似た旅客機を設計するのは恐ろしい考えですが、この研究は、小さなドローンのような単純な航空機の設計についての新しい考え方に貢献する可能性があると彼は言う。

お願いですから、ドローン二人を乗せようと言う人のように、紙飛行機に人を乗せようと言うような考えはやめてほしい。

長方形のシートの長辺の一方に金属テープを貼り付け、前面の重さを変化させた。落下させると、それぞれのシートが独特の動きをする。「バランスポイントには、最高の滑空が得られるマジックスポットのようなものがあるんです。
バランスポイントが真ん中に寄りすぎていると、ひらひらと転がるような動きになってしまいます。バランスポイントが前方にありすぎると、ノーズダイブしてクラッシュしてしまいます。
最適なポイントは、シートの中央と前縁の中間あたりです。
そうすれば、いいグライダーになりますよ」とリストルフは言う。

リストロフは、物理学の博士号を取得するために、昆虫の飛行と、羽ばたきが飛行制御と安定性にどのように影響するかを研究している。紙飛行機の研究は、NSFの助成金を受けて計画した研究の一部ではありませんでしたが、昆虫の羽と落下する紙の関係が際立っており、この結果は、動物の飛行や泳ぎの力学をより一般的に理解することに貢献するものだと思います。

さらに、昆虫よりも紙の方が実験室での維持が簡単だという。

リストロフは、水槽と薄いプラスチック板を使った観察も行った。水中を「飛ぶ」様子（上の動画）は、空中を落下する紙の運動を決定するのと同じ物理学によって支配されている。どちらの場合も、落下の速度と制御は、重りの位置とそれが重心に与える影響に関係していたた。安定した滑空経路を生み出す重心には、「スイートスポット」が存在する。

この結果をもとに、リストロフ教授らのチームは、さまざまな飛行運動を再現するコンピュータープログラム「フライトシミュレーター」の基礎となる数学モデルを作成した。グライダーの飛行を予測するこのようなモデルは、これまで存在しなかった。

「このシミュレーターは、あらゆる動きを正確に再現することができます。プレートに作用する力を記述し、方程式で使われる力に基づいて、フライヤーがどのように動くべきかを見つけ出すのです。科学界にとって、これは関係者全員にとって有用なものによく変換されると思います。」と彼は述べています。

また、この研究結果は、ドローンの新しい設計方法にも貢献する可能性があります。「非常に小型の飛行ロボットを作ろうとしている人たちはたくさんいます。落下するとヘリコプターのようにくるくる回る、飛ぶ植物の種をモデルにした、動力を持たない受動的な飛行体の設計もあります。」

これらの受動的なドローンは、大気質のモニタリングのようなプロジェクトに使用することができます。

「小さなフライヤーを作ろうという取り組みがあり、非常に小さなスケールでは、シンプルな方が良いのです。」と、リストロフは言った。
「紙飛行機について考えると、あれよりシンプルになることはありません。私は有用な飛行ロボットを作れるエンジニアではありませんが、私たちの発見が、作れる人の刺激になればと思います。」

「おもちゃの研究は、真剣で楽しいものです。紙飛行機でもコマでも、その仕組みを知ることは科学的に価値のあることなのです。」

リストロフの研究には、STEM分野の学生を対象にした現代応用数学のトレーニングも含まれており、モデリング、シミュレーション、実験観察の関連性を強調している。

また、彼の実験はシンプルであるため、どこでも実施することができる。「私は、世界中を実験室と考えるのが好きなんです。目の前に簡単な実験がある。あなたの周りにあるものは、正しい方法で見れば魅力的です。」と彼は言う。

ご自宅でも実験を再現してみませんか？基本的な材料は、縦6インチ、横2インチくらいの折りたたみ可能なメモ帳やコピー用紙と、重さを加えるためのテープやペーパークリップです。

「おもちゃの研究は真剣に楽しい。」とリストルフは言った。「紙飛行機でもコマでも、その仕組みを知ることは科学的に価値のあることなのです。」と話している。

私は昔、紙で作った竹の先に紙の蝶々をぶら下げて、近くの蝶々を騙したことがある。
3時間ぐらいテストしても飽きなかった。最後に蝶々が、私が作った紙の蝶々に交尾したときは、感激した。

その後、紙の蝶々を調べたら、交尾したところをルーペで見たら。少し濡れていた。

家庭でできる性の実験。

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