流体力学物理理科

設計分野で役立つ「レイノルズの相似則」を理系ライターが5分で解説!

よぉ、桜木建二だ。「レイノルズの相似則」は、流体力学で登場する法則の一つだ。

「レイノルズの相似則」は、流体中に置かれた非常にサイズの大きい物体の周りでの流れを予測する方法の一つになっている。そのため、この法則は工学分野で広く応用されているぞ。聞きなれない用語や言葉が出てくるかもしれないが、ぜひともこの記事を読んで「レイノルズの相似則」をマスターしてくれ。

塾講師として物理を高校生に教えていた経験もある通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻しており、物理学も幅広く勉強している。塾講師として物理を高校生に教えていた経験から、物理の学習において、つまずきやすい点や勘違いしやすい点も熟知している。

レイノルズの相似則はどこで役に立つのだろう?

image by PIXTA / 39840069

レイノルズの相似則は、流体力学で登場する重要な法則の1つです。レイノルズの相似則は、実用的な法則で、応用できる範囲も非常に大きくなっています。実際、飛行機、新幹線、自動車といった乗り物やビル、トンネルといった構造物の設計で用いられていますよ。また、配管やポンプなどの水や空気が関係する各種機械の設計にも活用されています。その他に、体内を流れる血液の様子を確認および分析するためにも利用できますね。

レイノルズの相似則は、技術開発の際に必要になる様々な情報を与えてくれる法則なのです。また、先ほど述べたような乗り物、建造物、機械は私たちの生活に必要不可欠なものになっています。つまり、レイノルズの相似則は、私たちにとって縁の下の力持ちの法則だと言えるでしょう。

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「レイノルズの相似則」は、幅広い分野で応用されているぞ。

レイノルズの相似則をさらに詳しくみていこう!

レイノルズの相似則とは?

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レイノルズの相似則は、粘性のある流体中に置かれた、幾何学的に相似である二つの物体にかかる粘性力の働き方が相似となる条件を示す法則です。わかりやすく言い換えると、レイノルズの相似則を用いることで、模型の飛行機を使った実験のデータから本物の飛行機が空を飛ぶときにどのような力を受けるかがわかるということですね。

ここで、幾何学的に相似であるというのは、二つの物体が数学的に拡大または縮小の関係であることを指します。例えば、本物の飛行機とラジコンの飛行機、本物の新幹線と鉄道模型の新幹線は、幾何学的に相似であると言えますね。

また、粘性のある流体とは、どろどろとした流体のことで、水あめやマヨネーズなどが良い例です。ただし、実在する流体のほとんどに粘性があります。私たちの周りに存在する空気も、実は粘性流体であるということですね。そして、粘性力は粘性流体中で運動する物体にかかる抵抗力のことです。空気抵抗も、粘性力に該当します。

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「レイノルズの相似則」を使えば、模型を使った実験のデータと実機でのデータを結びつけることができるぞ。

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