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宇宙船内で紙飛行機はどう飛ぶのだろうか?

まっすぐに飛ばず、円弧を描いて宙返り飛行をする。

紙飛行機を折るとき、先端の部分を折り重ねるのは、格好良くとがらせるためだけではない。先端部分のおもりの役割のためだ。

 地上では翼には進行方向に対して垂直に揚力がかかり、重力とのバランスで、姿勢が保たれる。ためしに、紙飛行機の先端部分を折り込むかわりにはさみで切り取ってから、折ってみるとよい。飛ばそうとすると重心のずれに加えて、揚力が過剰となって回転の働きが生じ、上に舞い上がり、すぐに落ちてしまうのだ。翼に生じる揚力は、速度の大きさの2乗に比例する。したがって、重心のバランスがよくとれるように折った紙飛行機でも、速く飛ばしすぎると舞い上がってしまうし、遅いとすぐ落ちてしまう。

 宇宙船内では重力がないから、紙飛行機に働く力は、翼にかかる揚力だけになる。これが円運動するために必要な力(向心力)となり、進む向きから変えられ、宙返り飛行になる。このとき、速度に関係なく、宙返りの円の半径は決まってしまう。

  向心力は速度の2乗に比例し、半径に反比例する。この場合、翼にかかる揚力が向心力の役割を果たすが、揚力も速度の2乗に比例するので、どんな速度でも一定の半径になるわけだ。

  紙飛行機は、一定の半径を保ちながら宙返り飛行をするが、空気抵抗のために次第に遅くなり、やがて宙を漂うだろう。

国際宇宙ステーション(ISS)の中で紙飛行機を飛ばしている様子がありますのでご覧ください。

若田宇宙飛行士「おもしろ宇宙実験」

「紙飛行機の挙動」実験を行う大西卓哉宇宙飛行士

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA