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なぜボードは浮くのか?フォイリングのメカニズムを探る!

なぜボードは浮くのか?フォイリングのメカニズムを探る!
飛行機やグライダー、ボードやヨットを浮かせる“翼”、ヨットやウィンドサーフィンを走らせる“帆”、いずれも“翼”や“帆”に生まれる「揚力」がその作用を生み出しています。この記事ではこの「揚力」についてを解説し、浮上や前進するメカニズムに迫ります。

浮上も推進も力の源は「揚力」

フォイリング(揚力)
出典元:pwaworldtour.com

水上スポーツには、化石燃料を燃やすエンジンで推進力を得て楽しむものもありますが、やはり風や波といった自然現象のパワーを生かし、より自然と一体となって楽しむものが本道といえます。

エコパワーには3つのタイプがある

推進力を生み出すエコパワーは、

  • サーフィンでの利用が代表されるうねりや波の力
  • ヨットやウィンドサーフィン、カイトボーディング、そしてウイングで利用されている風の力
  • SUPやカヌー、カヤックなどパドルスポーツの人力

この3つです。

なかでももっとも代表的なエコパワーは、空気の流れである風のパワーです。

そして人はその風のパワーのうち、ある一定方向の力を重点的に利用して、浮上力や推進力などの求めたい力を得ています。浮上力・推進力ともに、それらの力の源は揚力という力です。

そしてその力を生み出す物理現象を、私たちは翼やセール、フォイルなどの道具を用いて発生させ、利用しているのです。

 

揚力とは

フォイリング(揚力)

揚力とは流れの中にある物体、特に板状のものが受ける力の中で、流れの進行軸に対して直角に働く分力(力の成分のこと)を指します。

とくに物体が傾いて流れを受けるときに発生します。

実際に発生する力は直角成分と水平成分(抗力/流れと並行の進行軸)の合力なので、揚力だけが発生することはありません。

なぜ直角方向の力の成分が生まれるの?

では、なぜ板状の物体は、角度を持って流れと相対すると、流れの方向と同じ水平軸だけでなく、直角軸の力を生むのでしょうか?

まずは翼で解説します。(図を参照)

水や空気の流れの中で、翼やフォイルのような板状の物体がある角度で流れを迎えたとすると、上面では圧力が低くなり、下面では高くなるため、翼には上向きの力が作用します。

また、翼は流れを下向きに曲げたので、流れに下方向の力を作用したことになります。

作用・反作用の法則から、その反作用として翼の上面には上方向の力がかかることになります。

これらが翼に上向きの合力を生み出し、その成分を垂直・水平の各軸に分解すると、上面に垂直な成分が発生しているということになるのです。

翼に発生する力は上方向になりますが、翼を垂直に立てたとすると、発生する力も90度回転しますから、揚力は上下方向から水平方向の力に変化します。

これがセールが生み出す推進力です。セールは翼を上下に90度回転させた翼と理解しておきましょう。

また、フォイルのように両端翼ではありませんが、ボード後端で同じように水中に垂直に刺さるように位置するフィンも、セールと同様に水平方向の揚力を生んでいます。

こちらの揚力は直進安定性を生むように、グリップ力として作用しています。

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