クルマを支える力『動圧』を解説
車を知りたい
先生、「動圧」ってなんですか？自動車の用語らしいんですけど、よく分からなくて。
自動車研究家
いい質問だね！「動圧」は空気の流れが物体にぶつかった時に生じる圧力のことで、車が走っている時に空気から受ける力のことを指すんだ。例えば、風船から勢いよく空気を出すと、その反動で風船が飛んでいくよね？あれと同じように、車が走ると前から風を受けて、その力で車が前に進もうとする力も生まれるんだ。動圧は速さが速くなるほど大きくなるんだよ。
車を知りたい
なるほど！空気の力で車が前に進む力も生まれるんですね！それで、動圧はどのように測定するんですか？
自動車研究家
動圧を測るには「ピトー管」という道具を使うんだ。飛行機の速度計にも使われているんだよ。ピトー管は空気の流れを受けることで圧力が変化する仕組みを利用して、動圧を測定しているんだ。
動圧とは。
自動車用語の「動圧」とは、空気の流れを完全に止めた際に生じる圧力と、流れに沿った方向で計測される圧力（静圧）の差を指します。空気の密度をρ、速度をVとすると、動圧はρV²/2という式で表され、これは空気の流れの単位質量あたりの運動エネルギーに相当します。動圧の測定にはピトー管が用いられ、得られた値から流速を計算することができます。さらに、空気抵抗など、物体に働く空気力の指標である空力6分力を無次元化し、空力係数として扱う際の基準値としても動圧は利用されます。なお、動圧と静圧を合計したものを全圧と呼びます。
動圧とは？
空気や水といった流体は、動いていれば物体に対して圧力を及ぼします。例えば、風の強い日に洗濯物がたなびくのは、まさに空気の圧力によるものです。この圧力のことを「動圧」と呼び、流体の速度が速ければ速いほど、動圧は大きくなるという性質を持っています。
動圧は、私たちの身近なところでも様々な影響を与えています。例えば、飛行機が空を飛べるのも、翼に発生する動圧の差によって揚力が生まれるためです。また、レーシングカーが速く走るためには、ダウンフォースと呼ばれる、車体を地面に押し付ける力を動圧によって発生させる必要があります。
このように、動圧は私たちの生活に欠かせない様々な現象に関わっています。次の章では、この動圧がどのように発生するのか、そのメカニズムについて詳しく見ていきましょう。
動圧の計算式と意味
動圧は、流体の速度エネルギーが圧力に変換されたものと考えることができます。その計算式は、以下のようになります。
動圧 = 1/2 × 流体の密度 × 流速²
この式から、動圧は流体の密度と流速の二乗に比例することがわかります。つまり、流体の密度が大きく、速度が速いほど、動圧は大きくなるのです。
この動圧は、飛行機の揚力を生み出す力として働いたり、レーシングカーを路面に押し付ける力を生み出したりするなど、様々な場面で重要な役割を担っています。
動圧の測定方法：ピトー管
動圧を測定する際には、ピトー管と呼ばれる計測器が用いられます。ピトー管は、先端部が開口した管と、側面に小さな穴が空いた管を組み合わせた構造をしています。
ピトー管の先端部を流れに正対させると、先端部の開口部では流れが stagnation し、全圧（総圧）が計測されます。一方、側面の小さな穴は流れの影響を受けにくいため、静圧を計測することができます。
ピトー管で計測した全圧と静圧の差が、動圧に相当します。この動圧の値から、流体の速度や圧力などを計算することが可能です。
自動車における動圧の役割
自動車の走行において、目には見えないものの重要な役割を果たしているのが空気の流れによって生まれる力「動圧」です。動圧は、空気抵抗を生み出す一方で、車の安定性や燃費向上にも大きく貢献しています。特に高速走行時にはその影響力が顕著になり、車体デザインやエアロパーツなど、様々な工夫が凝らされています。この章では、自動車における動圧の役割について、具体的な例を交えながら詳しく解説していきます。
動圧と関連する用語：静圧と全圧
クルマが走る際に発生する空気の流れ、気流。この気流は目には見えませんが、実はクルマに大きな影響を与えています。その影響を理解するために重要な要素の一つが「動圧」です。しかし、動圧を理解するには、同時に「静圧」と「全圧」についても理解する必要があります。
まず「静圧」とは、文字通り空気が静止している状態での圧力のことです。例えば、風船に空気を入れた時の内側から外側に向けて押す力が静圧です。次に「動圧」は、空気が動いていることによって発生する圧力です。風を受けて帆船が進む力は、まさに動圧によるものです。そして「全圧」は、静圧と動圧を足し合わせたものを指します。
これらの圧力の関係を理解することで、クルマの周りの空気の流れ、そしてそれがクルマに及ぼす影響をより深く理解することができます。