マグヌス効果

 

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マグヌス効果(マグヌスこうか、: Magnus effect)とは、回転しながら進む物体にその進行方向に対して垂直の力(揚力)が働く現象を言う。マグナス効果とも呼ばれる。

ベンジャミン・ロビンス(Benjamin Robins)によって観察されたライフルから発射される球形の弾丸が曲がることを説明するにあたって、1852年にドイツの科学者ハインリヒ・グスタフ・マグヌスによってはじめて認識された 。

原理

円柱または球が回転しながら、粘性を有する流体中を一定速度で移動または一様流中に置かれた場合、円柱または球表面に接する流体が粘性によって回転運動に引きずられ、回転速度および粘性に相応する循環 が周りに発生し、移動方向または一様流に対して垂直の力が発生する。

今、2次元速度ポテンシャルを考えると、一定速度または一様流速度をU 、流体の密度をρとすれば、発生する力L は次式で得られる。

上式は2次元ポテンシャルにおいて、循環 Γを有するに生ずる揚力の式と一致する。この式はクッタ・ジュコーフスキーの定理と呼ばれる。

ディンプルの効果

ディンプル(表面のくぼみ)は、物体の臨界レイノルズ数を下げる。つまり、より低い速度で乱流が発生する。乱流は気流の物体表面からの剥離を防ぎ、マグヌス効果を維持する。

そのため、ディンプルはある範囲の速度で(ディンプル球の乱流発生速度から滑球の乱流発生速度まで)、マグヌス効果を増幅させる(マグヌス効果とは関係ないが、同時に、抗力を抑える効果もある)。

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