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モグラのジャンプ

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • ブロワという送風機で風を当ててモグラ(発泡スチロール製)を浮かせてみます。これは、日本機械学会で開催している「流れのふしぎ展」の体験型展示で使われたものです。
  • はじめの頭の丸いモグラは頭のあたりをめがけて風を当てます。そうすると、もぐらが浮き上がります。丸いものに噴流(ノズルや穴から噴出する流れ)を当てると、丸いものに沿って流れが曲がりやすいという性質があります(コアンダ効果)。この場合、流れは下向きに曲げられ、モグラから下向きの力を受けています。モグラにはこの反作用によって上向きの力がはたらき、浮き上がるのです。
  • 上下に角がある二つめのモグラは下のほうに風を当てると、流れは下向きに曲げられ、モグラから下向きの力を受けています。逆に、モグラは反作用によって流れから上向きの力を受けて、浮き上がります。
  • 多くの科学書などで書かれている「風が吹いている所は静止した所よりも流速が大きいので、ベルヌーイの定理から圧力が小さい」という説明が書かれていることがありますが、この考え方で頭の丸いモグラが浮き上がることを説明するのは間違っています。これが正しいとすれば二つ目のモグラでも頭のあたりを吹けば浮き上がるはずですが、そうはなっていません。
  • 正しくは、丸いものでは丸い面に沿って流れ(コアンダ効果)、斜めの平面では面に沿って流出し(はく離)、流出する方向によって物体に作用する力が変わるのです。
  • 四角い三つめのモグラはうまく上がりません。他の二つのような流れの状態にはならないからです。
【注意】

「風が吹いている部分はまわりの静止した空気にくらべて流速が大きいので、ベルヌーイの定理により圧力が低くなり、周囲のものを引き寄せる」と説明されることが多いですが、これは間違いです。風が吹いているだけの所はほぼ大気圧です(詳細は参考文献等を参照)。

【キーワード】 コアンダ効果、はく離、運動量理論
【関連項目】 丸と四角1丸と四角2丸と四角3
【参考】

石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P214−215 および P206−209、P224.
日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P140−143.

日本機械学会主催「流れのふしぎ展」
http://www.jsme-fed.org/contests/fushigi.html
更新日:2014.8.1