なぜ飛行機は落ちない？揚力のフシギ
空を見上げるたびのフシギ
晴れた日の空を見上げると、巨大な飛行機が静かに浮かんでいるのを見かけることがあります。あの大きな機体が、なぜ重力に逆らって落ちずに空を飛び続けていられるのだろうか？と不思議に思ったことはないでしょうか。まるで魔法のように見えるこの現象も、実は自然界の物理法則に基づいています。
今回は、身近でありながら壮大な「なぜ飛行機は落ちないのか？」という疑問について、その秘密を解き明かしていきましょう。
飛行機が空を飛ぶための主役：揚力
飛行機が空中で安定して飛行するためには、いくつかの力がバランスを取り合っています。主な力としては、機体を前に進める「推力」、空気抵抗によって動きを妨げる「抗力」、地球に引きつけられる「重力」があります。そして、この重力に打ち勝ち、機体を上向きに持ち上げる最も重要な力が「揚力」です。
揚力は、飛行機の翼が空気の中を進むことで発生します。まるで水の中でボートを漕ぐように、飛行機は翼を動かして空気から力を受け取っているのです。では、具体的にどのようにしてこの揚力は生まれるのでしょうか。
揚力のカギ：翼のカタチと空気の流れ
飛行機の翼を横から見てみると、少し特殊な形をしていることが分かります。上側が丸く膨らんでいて、下側は比較的平らになっているか、少し窪んでいます。この翼の形が、揚力を生み出す上で非常に重要な役割を果たしています。
飛行機が前進すると、翼に空気が流れ込んできます。翼の前縁で分かれた空気は、後縁で再び合流しようとします。このとき、翼の上側を通る空気は、下側を通る空気よりも膨らんだ分だけ、長い距離を進まなければなりません。同じ時間内に長い距離を進むためには、上側の空気の方が速く流れなければならないのです。
速度と圧力の関係：ベルヌーイの定理
ここで重要になるのが、物理学の「ベルヌーイの定理」という考え方です。ベルヌーイの定理は、流体（空気や水など）が流れるとき、「流体の速度が速い場所ほど、その流体の圧力は低くなる」という関係を示しています。
例えば、ホースで水を流すときに、ホースの先を少し指で潰すと水の勢いが増します。これは、狭くなった部分で水の流速が速くなり、その部分の圧力が低くなるため、後ろから押す圧力との差で水が勢いよく押し出されると考えることができます（厳密な説明は少し複雑ですが、速さと圧力が関係するという点の理解に役立ちます）。また、風が強く吹いているときに、建物の屋根が持ち上げられるような力が働くのも、風が速く流れる場所の圧力が低くなることと関連しています。
揚力発生のメカニズム
このベルヌーイの定理を飛行機の翼に当てはめてみましょう。
翼の上側では空気が速く流れるため、その部分の空気圧が低くなります。一方、下側では空気が比較的ゆっくり流れるため、空気圧は高くなります。
つまり、翼の上側は圧力が「低い」状態、下側は圧力が「高い」状態になります。風船を両側から押すと、圧力の高い方から低い方へ力が働くように、翼にも下側から上側に向かって力が生まれます。これが「揚力」なのです。
飛行機は、この揚力が機体の重力よりも大きくなったときに、地面から離れて上昇することができます。そして、揚力と重力が釣り合う高さで安定した水平飛行を行うのです。離陸時には、この揚力を十分に発生させるために、滑走路を高速で走り抜けて空気の流れを速くする必要があります。
揚力だけじゃない、他の力の役割
もちろん、飛行機が飛ぶためには揚力だけでなく、エンジンが生み出す「推力」で前進する力、空気抵抗である「抗力」を克服する力、そして常に下向きに働く「重力」とのバランスが不可欠です。パイロットはこれらの力を巧みに制御しながら、安全な飛行を行っています。
まとめ
飛行機が空を飛び、落ちずにいられるのは、主に翼の特殊な形状と空気の流れによって生み出される「揚力」のおかげです。これは、流体の速度が速いほど圧力が低くなるというベルヌーイの定理に基づいた物理学の現象です。
身近な空の旅も、このような自然の法則によって可能になっています。普段何気なく見ているものや現象の裏側には、意外な科学のフシギが隠されているのですね。