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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

反対向きに転がる円柱の不思議

2017年4月7日
静岡大学 工学部

準備するもの

材料

  • 画用紙 A4サイズ1枚

道具

  • はさみ
  • のり
  • セロテープ
  • コンパス、またはテープなど(直径8cmくらいの円を描くのに使います。)

作りかた

  1. 幅10cm、高さ21cm程度の長方形を2つ切り出し、丸めて直径5cmmくらいの円筒を2つ作ります。トイレットペーパーの芯でもかまいません。

  2. 直径8cm程度の円を2つ切り出し、片方の円筒にテープで貼り付けます。
    これで完成です。

    折り目をつける。カッターの背やコンパスの針で軽くなぞるとよい。
    折り目をつける。カッターの背やコンパスの針で軽くなぞるとよい。

実験

 それぞれの円筒を机の上に置き、図のように円筒の片側に息を吹きかけてみてください。円筒はどちらにころがりますか?

 つばのついていない円筒は上の図の左側に、つば付き円筒は右側にころがります。
どうして反対向きにころがるのでしょうか?

解説

 物体と物体の間の運動には作用・反作用の法則があり、一方が受けた力はもう一方の物体に反対向きの力となって作用します。流体と物体の場合も同じです。つばのない円筒の場合、円筒の下に空間がないため、吹きかけた風は左方向へは進むことができず、右方向へ流れます。その結果、反作用として円筒に左向きの力が(圧力上昇という形で)作用します。一方、つば付き円筒の場合、つばにより円筒が地面から浮いているため、吹きかけた風は左に進むことができます。噴流は壁に沿って進む性質があり、これをコアンダ効果と呼びます。コアンダ効果により、吹きかけた風は円筒に沿って左に流れ、その反作用として円筒に右向きの力が(圧力低下という形で)作用します。

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