第１回 翼と揚力 / 身近なもので飛行機を作ろう
東北大学 Windnauts
こんにちは！ 現在、大学生で工学部に所属している伊東直洋です。今回は飛行機が飛ぶ仕組みや、手軽に作れる飛行機の模型についての紹介をしていきたいと思います！
初めに私の所属している団体、「東北大学学友会人力飛行部~Windnauts~」について紹介したいと思います。
Windnautsでは毎年夏に行われる鳥人間コンテストに向けて人力飛行機（Human Powered Aircraft）を製作している団体です。主に７つの班から構成されており、各班でパーツを製作して、１年で１機の飛行機を完成させます。そんなWindnautsで飛行機を製作している部員３名で今回の記事を担当させていただきたいと思います！ よろしくお願いします！
さて、突然ですがみなさんは飛行機を見たことがありますか？
飛行機にも様々な種類があり、旅客機や戦闘機、貨物機など様々な飛行機が今この瞬間も日本の空を飛んでいます。ここで、なぜ飛行機は空を飛べるのか？ と思ったことはありますか？ 飛行機１機の重さはおよそ数百トンにもなり、持ち上げようとしても無理な重さです…。
今回の記事ではそんな重い飛行機が飛ぶ理由を順番に解説していきます。ちょっと難しいかもしれないですが頑張って理解してみましょう！
それぞれの翼の役割
最初に飛行機のそれぞれの部分の名称について軽く説明していきます。飛行機には３つの翼があり、それぞれ主翼、垂直尾翼、水平尾翼と呼ばれています。
各翼が飛ぶための意味を持っており、
- 主翼は主に飛ぶための力を生み出すため
- 垂直尾翼は機体の左右のバランスを取る役割（ラダー）
- 水平尾翼は上下のバランスを取る役割（エレベーター）
を持っています。
他にもギアやジェットエンジンなど、様々な部品から飛行機は構成されています。それらがきちんと組み合わさって飛行機は飛ぶことができます。
なぜ飛べるの？
それでは本題ですがなぜ飛行機は空を飛べるのでしょう？
いきなり答えになりますが、飛行機が飛べる理由の最も重要な要素は「空気」と「翼」です。空気によって生まれる風とその力を受ける翼がなければ飛行機は飛びあがることができません。
それでは空気がどのように働いて空を飛べるようになるのか少しずつ考えていきましょう。
そもそも、空を飛ぶ飛行機や鳥の共通点として大きな翼があります。この翼の周りを空気が流れることで「揚力（ようりょく）」という浮く力を発生させて飛ぶことを可能とします。
ではその揚力とはいったい何者なのでしょうか？
手短に説明すると、まず翼が空気の中を進むと空気が翼の周りを流れていきますが、このとき翼は上の面が膨らんだ形をしており、下の面を通るときよりも速く空気が流れるようになります。
この影響により、翼の上の面の空気の圧力（空気が翼を押す力）が弱くなり翼が持ち上がるのが揚力の原理です。もっと詳しい説明が気になる人はベルヌーイの法則について調べてみてね。
揚力を体験しよう！
少し難しかったかもしれませんが、ここで揚力を手軽に体験できる実験があるのでやってみましょう！
用意するのは水道の蛇口とスプーン１本だけです！
まず水道の蛇口から水を出して、その水の流れにスプーンの膨らんでいる方とは反対の端を軽く持ちながら膨らんでいる面をゆっくりと近づけてみてください。
そうすると水に触れた瞬間にスプーンが水の流れている方に吸い寄せられると思います！
結構はっきりと力を感じるので是非皆さんやってみてください！
さて、話を戻すと先ほど言った通り翼に揚力が生じることで飛行機は空を飛ぶことができます。
ここで重要なのがその翼が飛行機を持ち上げることができるほどの揚力を生み出すことができるか？ ということです。
どんなに翼が大きくてもその翼が必要な量の揚力を生み出さない限り、飛行機は飛ぶことができません。その問題を解決するために飛行機の設計士やエンジニアが存在するのです。より軽い機体を作るにはどうすればよいのか、より速く進むためのエンジンはどうやって作るのか、より揚力を生みやすい翼を作るにはどうすればよいのか、などなど様々な視点からたくさんの工夫が生まれて現在の飛行機が存在しています。この研究は今でも盛んに行われていて、より良い効率の飛行機が次々と考えられています。
そんなことを聞くと「飛行機って難しい…」「模型作るの難しそう…」と思うかもしれません。でもそんなことはありません！ 身近にある軽い素材で模型を作ってみると意外と遠くに飛ばすことができます！
そこで次にその簡単な模型の作り方について説明していきます。できるだけ身近にあるもので作れるように工夫してみたので皆さん是非一緒に作ってみましょう！
飛行機を作ってみよう！
まずは必要な材料について次のものを準備してみましょう。これらの材料をもとに簡単な模型飛行機を作ってみましょう！ 写真を参考にしながら作ってみてね！
・割りばし …１膳
（割っていないもの）
・つまようじ …１本
・ティッシュの空き箱…１箱
・輪ゴム …５本くらい
・ハサミ …１つ
・セロハンテープ …少し
手順
この時翼の形は自由に自分で考えてみてね！（飛行機の写真を参考にすると長く飛ぶかも…？）
固定は輪ゴムやセロハンテープを使うとできるよ！
投げるときは周りに人がいないことを確認してから、ゆっくりと前に押し出す感じで投げてみてね！ それでは実際に投げてみよう！
どうしたらよく飛ぶのか・・・？！
さて、どうだったかな？ 恐らく長く飛んだという人はほとんどいないと思います（決して意地悪をしているわけではないのでごめんね…）。
ここで皆さんに感じてほしいのは何で飛ばなかったのだろうということです。ここで飛ばなかったからもうつまらないと思う人もいるかもしれません。
しかし、ここからが面白いんです！
飛ばなかった原因を考えて自分なりに翼の位置を変えてみたり、形を変えたり、試行錯誤を重ねることでより良い結果が出たときほどうれしい瞬間はありません！
これは勉強でもスポーツでも、楽器の練習でも同じことがいえると思います。特にモノづくりの分野ではこの思いが根底にあると僕は考えています。そんな思いを体験してもらえるように今後の記事も製作していきたいと考えているので是非楽しみにしてみて下さい！
ここで、次回の記事の前にさらに飛ばすヒントとして「重心」が重要になってきます。気になる人はネットで「飛行機 重心」と検索してみてください。そこから得た情報でぜひ自分なりに模型を作りかえてみてね！
それでは明日の記事もお楽しみに！
プロフィール
Windnauts
東北大学学友会所属の部活。1993年に鳥人間同好会が結成され、当初は滑空機で鳥人間コンテストに出場。1999年からプロペラ機で鳥人間コンテストに出場開始、2006年の30回大会で初優勝。2022年に７回目の優勝をし、１年間で最も優秀な成績を収めた体育部の団体に送られる黒川杯を受賞。現在、連続優勝を目指して機体製作中。
今回はさらに飛距離を伸ばすために、スピードアップの方法と、翼にかかる空気の流れを変えて抵抗を小さくする工夫をします。特別企画最終回。作って、学んで、楽しい休日を過ごしましょう！
飛行機を安定して飛ばすための理論を、手作り飛行機を改良しながら学びます。ゴールデンウィーク・スペシャル第２弾！
