DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

風が強い日は傘を差さないほうが良い 力と風の関係

 台風の日など風が強い日に傘をさすと傘が反転したり悪く行ったら壊れる場合が多い。そして、今回は何故雨の時に傘をさすと力がかかるかということとその時の対処法、更にその時起こる原理の利用法について書いていきたいと思う。

目次

1. 強風の時に傘をさすとどうなるか

 強風が吹いている時に傘をさすと大抵は強い力がかかり、傘が壊れるか反転するかのどっちかになることがほとんどである。かくいう筆者も強風が吹くときに傘を差し、その結果、いくつもの傘を壊す羽目になったので強風が吹いている時はたとえ雨が降っていようが傘を差さないように心掛けている。

 ここで、何故強風が吹いている時に傘をさすと強い力がかかるかと言うと力(N)は圧力(Pa)と面積(㎡)の積で表される値であり、傘を開くということは面積の広い傘に力がかかる、つまりより大きな力が加わるからである。

 そして、ここでの圧力は風圧のことであり、風圧はその名の通り風が発生する時に加わる圧力のことで、空気の密度と風速の2倍に比例する圧力である。つまり、風速が2倍になると力は4倍となり、傘の面積が4倍になった時と同じ力がかかることとなる。

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 要するに傘の面積と言うよりかは風速のほうが重要であり、実際に筆者も風が強い日に傘を差した時は傘があっけないほど簡単に反転したほどである。つまり、風が強い日には傘を差さないほうが良いというわけである。

 しかし、雨が強すぎて傘をどうしても差さないといけない状況になった時は次のように対処すれば若干対策が出来るようになる。

  • 傘をフルに開かず自分が当たる箇所のみを開く
  • 雨が降る方向に向けて傘をさす

 このようにすれば傘も壊れにくくなるうえにあまり濡れることもなくなる。そして、傘をフルに開かないようにする理由は言うまでも無く風に当たる面積を減らすことで力が加わらないようにするためであり、雨が降る方向に傘をさす理由は雨に当たらないようにすることで雨が降る方向と直角に当たる角度が最も雨を防げるからである。

 そして、それだけではなくその方向に歩くと傘が反転することも無く、傘が反転するという現象は傘の方向から見て下から上に風が加わる時に起こり、風と雨の方向は同じであるために雨を最も防げる角度は同時に傘を最も反転しづらい角度でもある。

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 まあ、傘の面積が広いほうが雨を防げる面積も大きくなるうえに面積の場合は1乗にしか比例しないため、傘の面積を広げるメリットはありますが...

 勿論傘をさす方向は雨の降る方向と直角にすればよいこと尽くしとなるので雨が降った時は雨の降る方向を意識したほうが良いと思う。

 ちなみに経験上の話であるが雨がっぱを着ても周りの湿度が高く汗でぬれてしまうので正直お勧めはできない。

2. 風圧の利用法

 ここまでは風圧によるデメリットについて書きましたが今度は風圧...と言うよりも風圧に似た空気抵抗の利用法について書いていきたいと思う。。

 よくものを落下させると鉄は早く落ち、羽毛はゆっくりと落ちていきますがあの現象は空気抵抗がかかっているからであり、真空の場合だとどちらも同じ速度で落ちる。そして、空気抵抗は風圧と同じく空気があるから起こる現象であり、かかる力は面積と速度の2乗に比例している。

 このことに関しては以前の記事にも書いたがある速度になると重力と空気抵抗が等しくなり、このことで落ちる速度は一定になる。そして、この最終的な速度のことを終端速度と呼び、物質の質量が大きく、更に表面積が小さいほどその速度は大きくなる。

 まあ、重い物質は重力が強くかかる上に表面積の小さい物質は空気抵抗はあまりかからないためなかなか遅くはならないが...

 ここで、この原理を最も利用しているものがパラシュートであり、パラシュートの面積が広い理由は上向きの空気抵抗を大きくかかり、最終的には安全な速度で落ちるようになる。そして、上記で書いたことで分かるとは思うが体重が重いほど落下速度が速くなるため、安全な速度で落ちるには上向きの力を大きくする、つまりパラシュートの面積を広げる必要がある。

 このように空気抵抗は使い方によっては人体を傷つけるのではなく、かえって安全な速度にすることも可能となっているのである。

 以上、力と風の関係についてでした。