竹とんぼ 原理

この研究のきっかけは図書館の本で、一般の竹とんぼより滞空時間が長い「スーパー竹とんぼ」があると知ったことだ。自分でもより長く飛ぶ竹とんぼが作りたいと思った。ただ、竹とんぼは簡単には作れない。竹とんぼの飛び方や飛行原理を調べた上で、牛乳パックを素材に紙とんぼを作製し、ベストな羽根を見つける実験を始めた。2016年は2枚羽根をたくさん作り（2枚羽根だけで150枚作った）、羽根の長さや横幅、傾き、おもりのつけ方などを変えながら飛び方を調べた。2017年は3枚羽根で同じように実験したところ、飛行時間が2枚羽根より少し伸び、安定して飛ぶ羽根が増えた。2018年は羽根を4枚以上に増やしたり、羽根の素材や形状を変えたりして、より長く飛ぶ羽根を見つけたい。, 同じ素材で作る場合、3枚羽根は2枚羽根より重くなるが、空気を受けて流す力が強くなるため、飛行時間が伸びる。, 3枚羽根の長さは長すぎても短すぎても、うまく回転しない。空気を受けて下へ流すには、羽根の長さは5.5～7.5㎝がちょうどよい。その時、羽根の横幅を3.5～4.0㎝にするとバランスよく回転し、高く上がって飛行時間も伸びる。, 3枚羽根の端にクリップのおもりをつけると遠心力が働き、落ちる時も抗力で逆回転することなく飛行時間は伸びる。ただ羽根の横幅が広くなると、おもりの効果はなくなる。だからといっておもりを増やしても、羽根が重くなって回転速度が遅くなる。, 羽根は軽すぎても重すぎても飛行時間は伸びない。また、強度がないものは素材に向かない。 お客様の許可なしに外部サービスに投稿することはございませんのでご安心ください。, http://www.google.co.jp/imgres?q=boomerang&start …, http://ichiya.com/iruka/boomerang/physics/index. 3 0 obj か「揚力係数を２倍にする迎え角にする」のいずれかをしないと等価になりません。 endobj 竹とんぼの中には翼部分に2つの穴があり2股の心棒を用いて翼（プロペラ）だけ飛ばすものもある 。さらに、巻きつけた糸を使うなどして回転翼部分のみを回転させ、これのみ飛翔する場合がある。 竹とんぼの寸法(写真をクリック) 竹とんぼを理論的に検討するために、基本名称を左図のように決めています。 座標軸のY軸とZ軸は一般的な名称と逆になっています。 ２枚とは変化させないと比較にはならないと思います。 想像しかありません。正しく理解して回答しているかは保証できないのですが、 x��]ݏ�8r`�=���U�00���r��� {���x� �v�8����5m�K�)-�3-����b���|�}���/��===������������_����ק�?��뗏���������;�:}���ӷw������N����C�:;�^c�v�>�����/�w����t�z�����Ӫ��������o�߿������}NW�\�����_���>����7�>����?����$�����$�zx+�}Zao�����zԭ��V~_|�;�i�u�&f����N=���/���O_����7��+#��w��{�� �5S� 6�LYǠ�u@tG�8g`�}\ި��5�'�aP����U�_��d�����6@-B�+�:@�|-K3��L���;�7?��H2�];����C˓����� �p�. 今回の件も推測で性能向上しないと思われる原因を２つ挙げます。 竹とんぼの原理 2620鈴木翔太 2503伊藤匡哉 2539渡邉慎也 要旨 竹とんぼは，羽と棒の2つのパーツから構成されている。なぜ，羽と棒の2つパーツだけで長い滞空 時間を飛べるのか疑問に思った。 しまっていることです。２枚ならそれぞれ反対方向に抗力が働き、相殺する 「プロペラは少ないほど、いっそ１枚が理想」ということから試されたと 前に記したように半径の小さいところに質量を持ってきたのですから、慣性力 1 0 obj ＞あまり飛行能力の向上に寄与しないように見えました。 取り付けられているのです。竹トンボではこれが無いので、採用は困難だと これらをやっても理解できない場合はその人は、年齢的に今がその時期では無いか、見込みが無いと思います。, ※各種外部サービスのアカウントをお持ちの方はこちらから簡単に登録できます。 を十分に吸収するプロペラより大きな質量と空力的な力を受ける「機体」に 普通の竹トンボの重心などを変化させれば可能かと考えますが、実際の作品の例はありますか。, いくつか作った竹トンボのなかに飛び上がると間もなく上下さかさまになるものがありますが、これはブーメランのように飛ぶことに何か利用できないでしょうか。, 御教示にそって勉強するのはかなり難しそうですが、できる限り、教えていただいた情報を大切にさせていただきます。, 大変勉強になるような詳しいご教示をいただき、ありがとうございます。ご教示の理論は難しいですが、自作を試みながら理解していきたいと思います。, 竹トンボを紙で作っているのですがハネを四枚にしてもあまり飛びかたに違いが見られません。飛行機のプロペラからの想像だと四枚のほうがよく飛ぶというようなことがあるように期待したのですが、何かご助言などを頂けると幸いです。, No.２＆５です。No.５投稿後にNo.２に対する補足を受けましたので。 2 0 obj この記述があります。 上昇型竹とんぼ 翼の傾きを大きくすると、上昇力が大きくなり、高速上昇型の竹とんぼになります。高度を伸ばすのに向いています。その分、エネルギーを消耗するので、回転時間は長続きしません。 ので芯はぶれません。揚力も２枚に均等にかかっています。今、ご自身で これと同じように、低速回転では解りにくいのかもしれませんが、竹トンボ 思いますが、竹トンボの性質とその方法では性能向上はしないと思います。 竹とんぼの飛び方や飛行原理を調べた上で、牛乳パックを素材に紙とんぼを作製し、ベストな羽根を見つける実験を始めた。 2016年は2枚羽根をたくさん作り（2枚羽根だけで150枚作った）、羽根の長さや横幅、傾き、おもりのつけ方などを変えながら飛び方を調べた。 竹とんぼの中には翼部分に2つの穴があり2股の心棒を用いて翼（プロペラ）だけ飛ばすものもある 。さらに、巻きつけた糸を使うなどして回転翼部分のみを回転させ、これのみ飛翔する場合がある。 　以上の実験から、自作の軸を自分の力で回して飛ばす場合、最も安定してよく飛ぶ羽根がふたつ見つかった。基本形3枚羽根にクリップを1個ずつ付けた上でシールを4枚張ったものと、シールを5枚張ったものだった。シールを4枚張ると羽根の重さは3.18g、最長飛行時間が5.48秒、平均飛行時間が5.28秒。シールを5枚張ったほうは、重さ3.30g、最長飛行時間5.49秒、平均飛行時間5.24秒だった。, 紙とんぼの飛行時間と重さとの関係性は、軽ければ長く飛びやすいといった単純なものではなく、羽根によってバランスが取りやすい重さがあるとわかった。羽根の表面に凹凸がないほうが空気の流れを阻害せず、飛行時間が伸びることもわかった。おもりの重さを調整して、羽根の重さを2.82～3.30gにした時に、紙とんぼが長く飛ぶことを発見できてうれしい。さらなる工夫を重ねたいと思った, 本研究は、昔の遊び道具であった「紙とんぼ」についての継続研究です。昨年は滞空時間の長い紙とんぼの羽根の枚数及び材質に着目しました。今回は、昨年の羽根の材質に加え、羽根の形状や表面の粗さ、質量と滞空時間の関係について調べました。目的や考察に関しては、生徒自身の考えを主体としてディスカッションを行いました。紙とんぼの羽根を何枚も作製する作業は非常に単調で時間のかかるものでしたが、黙々と作業に集中しており、生徒自身のこの研究に対する熱意が感じられました。また、紙とんぼを飛ばす環境をなかなか整えることができず苦労しましたが、金沢市キゴ山ふれあい研修センターを使わせていただき、実験を行うことができました。このような全国規模のコンクールでの受賞に関われたことを光栄に思います。今後も、日本の自然や文化に沿った社会性の高い自由研究を極めてもらいたいと考えています。ありがとうございました。, 本研究は、スーパー竹とんぼのことを知って、2枚羽根の紙とんぼから実験から始めた研究で、3枚羽根から8枚羽根と枚数を増やし、さらに羽根の角度を変えながら試行錯誤を繰り返し、飛行時間を伸ばすための紙とんぼの継続研究の3年目の作品です。2枚羽根の研究から初めて、3枚羽根紙とんぼが最も長く安定して飛ぶ条件「羽根の長さ7.5㎝、横幅3.5㎝」を見いだし、そこから発展させています。羽根の枚数を増やすこと、すなわち「羽根の重さ」を変えてみて実験実証をおこない、4gを超えては高く上がらないことや羽根の枚数とバランスのとりやすい重さを探し、3枚羽根を基本形として形状や素材を変化させながら実験実証しています。多様な視点から仮説を立てながら粘り強くじっくりと取り組み、さらに素材に関しては、自然界の生き物、例えば、植物の種子や昆虫のトンボに学んで羽根の素材を変えて実験実証して追究している素晴らしい取り組みです。しっかりと仮説を立てて検証している科学的なプロセスは高く評価されました。. endobj <> ＞2枚羽根の一枚を巻いて中心のほうへ持ってきてみました。（中略） 竹とんぼを高く飛ばすためには、揚力を大きくすればいいのです。そのための方法を教えましょう。まず、回転の速度をできるだけ速くすること。次に、羽をサンドペーパーなどで削って、前の方を少し厚く、後ろが薄くなるようにしてください（図3）。 してしまうと、翼として見れば、面積は半分になります。これを元の揚力を 確かに抗力も半分になりますが、重量が増えては結局マイナス要因ですし、 場合によっては線香の煙などを併用し、電気ドリルをゆっくり回したときや早くまわしたときの煙の移動の違いなども興味が沸くのではないでしょうか。 %PDF-1.5 思いますが、竹トンボの性質とその方法では性能向上はしないと思います。 もう一つは「質量の中心」を合わせたとしても、「空力中心」が全く違って 両腕を左右に突き出して何かを反対に押したとします。すると自分はその場で 竹とんぼの寸法(写真をクリック) 竹とんぼを理論的に検討するために、基本名称を左図のように決めています。 座標軸のY軸とZ軸は一般的な名称と逆になっています。 ＞うまく飛ぶのですが、結局全体の重量が増加したためか、 して回ってしまえば、回転半径は半分に（これはブレード速度が半分）、 endobj <>/ExtGState<>/XObject<>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI] >>/MediaBox[ 0 0 595.32 841.92] /Contents 4 0 R/Group<>/Tabs/S/StructParents 0>> 竹とんぼの羽はひねってあり、ひねりの向きは右利き用と左利き用とで反対向きになっている（図2）。左利き用にひねってある竹とんぼを右利きの人が飛ばすと、竹とんぼは上がらないで下の方向に飛んで運が悪いと手にあたり痛い思いをする。 思います。, No.２＆５です。No.５投稿後にNo.２に対する補足を受けましたので。 竹とんぼのとびかた 竹とんぼが飛ぶときの「羽のかたち」と「まわす向き」を考えよう 平らな画用紙に竹串をつけたものをどうしたら飛ぶかな？ ・はねを少しおる、ひねるといい ・はねは右と左で反対向き（くるりと回したら同じ向き）に ひねる 得るためには、「残った側の面積を倍にする」か「回転速度を√２倍にする」 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E8%88%AA%E7%A9%BA%E6%A9%9F%E3%81%AE%E3%83%97%E3%83%AD%E3%83%9A%E3%83%A9 ＞重心がくるってしまうのでアルミ箔を足してバランスをとりました、 竹とんぼを作って遊んでいると“ 竹とんぼはどうして飛ぶのだろうか ”との疑問を持つ子供が出てきます。 この様な疑問に応るために簡単な力学の原理を交えて、竹とんぼが飛ぶわけを解説しました。 この竹とんぼの羽根の 「ひねり」 が プロペラ飛行機やヘリコプターを飛ばしている原理と同じであることを言うことで更に興味深々ではないでしょうか。 竹とんぼの原理 2620鈴木翔太 2503伊藤匡哉 2539渡邉慎也 要旨 竹とんぼは，羽と棒の2つのパーツから構成されている。なぜ，羽と棒の2つパーツだけで長い滞空 時間を飛べるのか疑問に思った。 「プロペラは少ないほど、いっそ１枚が理想」ということから試されたと ＞2枚羽根の一枚を巻いて中心のほうへ持ってきてみました。（中略） 1枚プロペラが良いというのは模型レーシングエンジンで取られていた方法で、 １枚プロペラを採用しているのは模型飛行機ですが、この空力的アンバランス そして軸に近い側は「逆ピッチ」で回っていることになります。これでは ＞重心がくるってしまうのでアルミ箔を足してバランスをとりました、 stream も激減させています。これに関連すれば、４枚ブレードも、面積やねじりを 1枚プロペラが良いというのは模型レーシン...続きを読む, 竹トンボを飛ばすとき、回転させると上昇する事実を納得する人が意外に少ないように思います。私は扇風機が風を送る仕組みを例に説明しようとしましたが、説明の仕方が悪いせいもあってなかなか納得してもらえません。うちわや扇子の動かし方では説明しにくいと思いますが、何か分かってもらえるうまい説明法というものがないでしょうか。, 竹とんぼを　電動ドリルのような回転可能なものに取り付け、回転させ、扇風機のような風が　一方に来ることを見せ、竹とんぼの重さよりもこの風の押し出す力が大きくなった時に飛ぶことを説明されたら如何でしょうか？ は軸を中心に回っていないと思います。極端に、一枚の羽根の半分の所を軸と 回る筈です。しかし、片腕のみで押すと押した反対に体も動く筈です。 ラジコン飛行機やヘリのご相談も複数回答してますが、現物を見ないので全て <>>> この竹とんぼの羽根の　「ひねり」　が　プロペラ飛行機やヘリコプターを飛ばしている原理と同じであることを言うことで更に興味深々ではないでしょうか。 ＞あまり飛行能力の向上に寄与しないように見えました。 一つは、前回答にしたことを元に考えて頂きたいのですが、単純に片側を無く 竹とんぼの羽はひねってあり、ひねりの向きは右利き用と左利き用とで反対向きになっている（図2）。左利き用にひねってある竹とんぼを右利きの人が飛ばすと、竹とんぼは上がらないで下の方向に飛んで運が悪いと手にあたり痛い思いをする。 出来る紹介例を探しましたが現在見当たりませんでした。しかし、wikiには ＞うまく飛ぶのですが、結局全体の重量が増加したためか、 4 0 obj 竹とんぼの飛び方や飛行原理を調べた上で、牛乳パックを素材に紙とんぼを作製し、ベストな羽根を見つける実験を始めた。 2016年は2枚羽根をたくさん作り（2枚羽根だけで150枚作った）、羽根の長さや横幅、傾き、おもりのつけ方などを変えながら飛び方を調べた。 性能向上は望めません。 …, http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%BC% …, http://www.ichiya.com/katurao/boomerang/boomeran …. これらによって、自然と竹とんぼが飛ばしたところに戻ってきます！この原理については、東京都立航空工業専門学校(現 東京都立産業技術専門学校)の機械工学科の吉田喜一教授や生徒たちによって理論的に解析され、論文発表されています。 ・活動内容 %���� 　3枚羽根の紙とんぼで最も飛行時間が長かったのは、「羽根の長さ5.5㎝、横幅3.0㎝」と「羽根の長さ6.0㎝、横幅4.0㎝」（どちらも羽根の形は三角形、傾きあり、クリップのおもりあり）の5.18秒だった。飛行時間の安定度を見ると「羽根の長さ7.5㎝、横幅3.5㎝」（羽根の形は三角形、傾きあり、クリップあり）が平均4.91秒を飛び、最も優れていた。自作の軸を自分の力で回して飛ばす場合、最も安定して長く飛ぶのは「羽根の長さ7.5㎝、横幅3.5㎝」の3枚羽根だった。, 2018年は「羽根の長さ7.5㎝、横幅3.5㎝」の3枚羽根を「基本形」と定め、実験を行うことにした。, 基本形に近い羽根の長さと横幅の「4・5・6・8枚羽根」を4～6枚作製し、それぞれ5回ずつ飛ばして平均飛行時間を比較した。, 羽根が増えることで重さが増し、それとともに飛行時間も短くなった。重さが4gを超えるとあまり高く上がらなくなり、前に飛ぶ傾向があった。3枚羽根を上回る結果は出なかった。, 重さが同じなら、4枚羽根より3枚羽根のほうが飛行時間が長かった。安定して長く飛ばすには、その重さに適した羽根の枚数がある。, この時点で最も安定している3枚羽根基本形の、形状や素材を変えるとどうなるかを調べた。風で運ばれる種子の表面はざらざらしていたり、葉脈のでこぼこがあったりする。基本形の羽根の表面に、紙やすりやラミネートフィルムを張って飛ばしてみた。, 牛乳パックだけで作った基本形より飛ぶものはなかった。空飛ぶ種子とは違って紙とんぼの場合、羽根の表面の素材が空気の流れを阻害しないほうが、飛行時間が伸びるようだ。, とんぼの羽根に着目し、基本形3枚羽根の中を切り抜き、セロファンやラップを張って飛ばした。セロファンやラップを羽根の上から張ったもの、下から張ったものの両方で調べた。, 飛行時間に大差はなく、基本形より飛ぶものはない。セロファンやラップを下から張ったことで羽根の上に凹凸があるものは前に飛び、上に凹凸がないものは上に飛ぶという違いが見られた。均一な素材で作り、空気の流れを阻害しないことが、長く飛ぶ羽根には必要だと改めてわかった。, 基本形の羽根の長さは変えず、羽根の形状を変えてみた。とんぼの羽根から角張ったものを取り除き丸みを帯びた形にしたもの、遠心力を重視して外側が重くなる形のもの、植物の葉に似せて葉のような形のものを試した。, さまざまな考察があったが、基本形のように風を受ける面の幅が均一なほうが、風の力が羽根全体に伝わりやすく、重心が羽根の中心にある。そのため、風を受けた時にぶれにくいと思われた。もう一度、基本形に戻って工夫を重ねることにした。, 基本形3枚羽根のおもりを細かく変えてみた。まず、羽根の外側に重さ0.27gのクリップのおもりを1個ずつ付けた基本形と、付けていない基本形を用意した。それぞれの羽根にシール1～7枚を張り重ねることでおもりの重さを少しずつ変え、飛び方を調べた。, 平均飛行時間が5秒を超えるのは、クリップがある基本形にシールを1～5枚の範囲で張ったものだった。羽根の重さは2.82～3.30gの範囲だ。クリップを2個付けても飛行時間が伸びることがあるが、羽根は上ではなく前に飛ぶ。前に飛ぶが、回転が止まることなくゆっくり落ちることで、飛行時間が長くなっている。羽根の重さが3.30gより軽いか重いかが、羽根が上がるか前に行くかの境目になっていた。 <>

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