表面アラカルト5

a la carte 5　ゴルフ、飛行機、イルカ、船

凹凸の話が出た次はゴルフボールの話がいいかもしれない。なぜゴ
ルフボールにはディンプルがあるのか。かつて傷ついたボールの方
がよく飛ぶという経験から、ディンプルボールは生み出されたとい
う。ではなぜ窪みがあるとよく飛ぶのか。

これを理解するためには、表面と空気流れにおける｢剥離(はくり)｣
という現象に触れなければならない。流れの速度が小さいうちは表
面に沿って流体が流れる。ところが速度が大きくなると流体は表面
から剥がれていく。これを剥離という。

この状態になると下流で逆流が起こり、物体を後ろに引っ張ろうと
するようになる。そこであえて乱流を起こし、この剥離を防止しよ
うとするのがゴルフボールにおけるディンプルの働きである。そし
て剥離による後ろに引っ張る力が薄れるために、球はよく飛ぶよう
になるのだ。

ゴルフに詳しい方ならこうした原理はご存じかもしれない。ところ
が剥離防止はゴルフボールに限らず、航空機などでもさまざまに用
いられている表面技術のひとつでなのだ。たとえば大型航空機の主
翼に小さなひれ状の突起がついているのをご存じだろうか。これを
ボルテックジェネレータという。渦発生器である。

巡航状態ではむしろ抵抗を生み出すだけだが、離着陸時に翼が大き
な角度をとった時に剥離防止の重要な働きをして失速を防ぐのだ。
同じく離着陸時に主翼からスライドして出てくるフラップにも同様
の目的で工夫がなされている。それはフラップ間の隙間を大きくあ
けたものがそれだ。この隙間の作る乱流が主翼の上面へ空気を送り
込んで大きな低圧部を作り出して失速を防いでいるのだ。表面と乱
流の関係は、どこか不思議である。

スピードスケートのウエアや水泳の水着にも表面の流れに対する工
夫が凝らされている。ストライブ状の突起が表面の流れをガイドし
て摩擦抵抗を減らすのだという。この摩擦抵抗を減らすやり方につ
いてイルカは独自の方法を持っている。

その名を｢トムス効果｣という。これは、表面付近の液体中に高分子
化合物をppmオーダーで混合させると液体の抵抗が減少するような
効果である。イルカが体表からにじませている油脂はこのトムス効
果のためではないかといわれているのだ。また脂肪に富んだ体表面
を、流れる水流にあわせて振動させることで抵抗を減らしてもいる
らしいという。この振動が抵抗を制御するのだとすれば、その原理
は将来の船舶高速化に活かせる可能性もあるという。

[6]へ続く