縦型の風車で風を切る羽が縦に付いているものです。
なぜあんな形の風車が回るのか不思議です。自己起動しないという特性は当然納得できるのですが。

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A 回答 (4件)

ダリウス風車は風車の中でも垂直軸型、そして揚力型に分類される風車です。


その特徴として、翼が円弧状に曲がっていて回転主軸の上端と下端で固定されています。この曲線はちょうど縄跳びの縄の軌道と同じで、回転によって生じる遠心力を(曲げ力ではなく)引っ張り力によって支え、材料への負荷を抑える構造になっています。

回転原理ですが、上記したように揚力型に分類されますので 翼に働く「揚力」によって回転します。
(補足情報として、航空機などに用いる「翼」には「揚力」と「抗力」2つの力が働きます。揚力は風が吹いてくる方向に対して90度の角度で生じる力、抗力は風の方向と同じ向きに生じる力の事です。実際、翼に働く力の向きは(飛行機の場合)上向きのやや風下向き・・・といったところですが、これを風の吹いてくる向きとその直角方向に分力したのが「揚力」「抗力」です。)
前もって述べておきますが、この回転原理は非常に難しいです。
難しい理由も添えて、なるべく分かるように説明します。

まず、なぜ回るかという話ですが、これは絵を描いて説明しないとわからないと思います。 
まず、紙に大きく円を書いてください。上から見たダリウス風車です。
次に中心からYの字の様に120°ずつ線を引いてください。
この線とさっきの円が交わったところに翼があるとします。
この時風車の回転の方向を反時計回りとします。
ですから、この交点のところに反時計回りに進む流線型を書いてください。
それが翼型です。飛行機の翼型を知っている人もただの上下対称の流線型を書いてください。
このとき、風が左から右に向かって吹いているとします。

それではこれから揚力を書き込んでもらいます。
風に対して直角の方向に発生するのが揚力です。書けましたか?
右肩にいる翼は上向きの矢印が入ります。
左肩にいる翼は下向きの矢印です。
真下にいる翼は風に対して角度がないので、ただの逆さ向きの流線型です。揚力は発生しません。

なんとなく分かりますか? こんな感じです。

難しいと述べたのは、翼と風の角度が常に変化していて、発生する揚力も常に変化しているから。
また、回転すると翼も回転に伴って速度を持つので、風に対する角度が更に変化します。非常に面倒な原理を持ってます。
流線型の翼を書いてもらったのは翼の上面も下面も同じように使用するからです。翼は風との角度によって生じる揚力が変わりますが、角度によって「失速」という現象も起こります。失速については省略しますが、1周のうちにこれらが目まぐるしく変化するので、とても難しいです。

しかし効率はなかなか良く、プロペラ風車に次ぐ性能を持っています。
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ダリウス風車の羽の断面積を見てみるとストリームラインといって最も抵抗の小さい形になっていると思います。


この風車の原理とは、お玉を四個くっつけたような風車の原理と同じなのではないでしょうか。
膨らんだ方の抵抗とへこんだ方の抵抗に差があるために回転する力が生まれるお玉の風車と同じように、ストリームラインの丸い方と尖った方に抵抗の差があるために、回転するのではないかと思います。
ダリウス風車の場合、全体の抵抗が小さいために、より高回転で回ることが出来るのではないかと考えられます。
以上全て推測で恐縮ですが、そう的はずれでもないと思います。
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補足見ました。



なぜ回るか。それは羽根がどのように固定されていて、回転軸がどこにあるかで変わるでしょう。
ヘリのローターを例えに出したのは単純に形が似てるからってことで他意はないです。

実際の風車は垂直に立った軸を中心にしか動けないわけですから、羽根に対して何らかの力が加わった場合は回るしかないんですね。
実際の風車も羽根が上下する仕組みが有るんでしょうか?

参考URL:http://www02.so-net.ne.jp/~earth-d/ecodata/dariu …
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その名前は良く知らないんですが、縦型の風車ってことで多分ヘリコプターのローターが折れちゃったみたいな形のやつですよね?



何で飛行機が飛ぶんでしょう?なんでヘリコプターが飛ぶのでしょう?
その辺考えるとなんとなく判ると思うんですけど、原理は一緒だと思います。
風車の羽根の断面が飛行機の翼と同じ形になっていると思います。そこに風があたることで羽根の両面の気圧が変化して、羽根は変化を無くす方向に動こうとするわけです。
航空機はその変化を自力(ジェット推進力や回転)で作ることで浮力(変化を無くす方向)を得るわけですね。

確かこの風車だと、どの方向からの風でも回るんでしたよね。

この回答への補足

形を折れたローターに例えてもいいのですが、この羽に風が当たって働く揚力は折れた羽を伸ばそうとする方向に働き、回転にはつながらないと思うのです。これでなぜ回るんでしょうか。

補足日時:2000/08/31 17:05
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Q風力発電はなぜ3枚羽根?

最近は風力発電の羽根車をしばしば見かけます。判で押したように必ず3枚羽根です。しかもゆっくりゆっくり回っています。あんなにゆっくり回るならば3枚羽根を
6枚羽根にすればトルクが2倍になりそうです。

発電量も2倍になりそうですが何故3枚羽根なのでしょうか?考えられるのは前の羽根の渦がのこり思ったほどトルクが出ないことです。所があの様にゆっくり回っているならば渦などもすっかり流されて悪影響も受けそうも有りません。零戦のプロペラとは違います。

Aベストアンサー

まず、1つは羽根の枚数が少ない方が発電効率はいいという事があります。

http://www.e-kaze.biz/shikumi.html

などを参照してみてください。

質問者さんの考えられるように、羽根の枚数が多いほうが起動トルクは大きくなります。

しかしながら、仮に風力の100%を発電できる風車があったとすると、風車の真後ろの風速は0になってしまい、発電効率がよすぎると、風をせき止めてしまうことになってしまいます。

そのため、起動トルクが大きい事が必ずしもいいことではないというのがお分かりいただけるかと思います。
むしろ、発電の場合はトルクよりも回転速度が重要になります。

そのため、風車などの動力として用いるものにはトルクの大きい羽根の枚数が多いものが使われます。

また、3枚羽根は、安定性が高く、振動が発生しにくいために一般的に主流になっています。

Q風力発電機を自作したいのですが

ペットボトルなどを利用した簡単な風力発電機を作りたいと思っています。
使用するモーターはミニ四駆などで使われる一般的なものです。

そこで質問なのですが、発電した電気を貯めるにはどうしたらいいのでしょうか。
使用するバッテリーや、それに繋げる方法を教えてくれるとうれしいです。

Aベストアンサー

はじめまして♪

わたしも中学生とかの頃にモーターで発電って、遊んだ事があります。

充電が難しいんですよねぇ。(YoY)

モータがー動くのに3Vとか4.5Vとかでしょうが、回して発電させた場合、電圧は一定せずつねにふらつきます。
このため、充電池の電圧より低い発電、極端な例は風邪が無くて回らない時、電池からの電気で、モーターが回って電気消費ですね。

このため、電気の流れが一方通行となるようにします。

具体的にはダイオードと言う部品で一方通行にします。

単純な原理としては、上記の状態で良いのですが、実際には電池に溜まった電圧より高いときだけ通電するスイッチが必要となり、この部分を回路で自動化するには充電量と同じ程度の回路内の消費電流が必要に成ったりするので、現実的には6Vのモーターで1.2Vのニッカド電池を充電するのが精一杯と言う所のようです。

効率の良い回路は部品を組み立てて作るのがほぼ難しく、大量生産されている小型機器を流用する事は可能でしょう。
簡単に言えば、小型のソーラー発電機、ケータイなどの充電に使う機器には回路の前半分が備わっています。
ケータイ側に電池充電をコントロールする回路(デジタル回路とコントロールソフトウエア)が組み込まれています。

壊す事を恐れなければ、ソーラー発電でケータイ充電を行う機器を改造し、ソーラーパネルと観賞しないようにダイオード等で電流の方向を制限して両方で発電出来るようにすれば、実用上利用可能に成るかと思います。

小型の充電池は小さいのに大きなエネルギーを扱うので、充電時のコントロールを無視すれば発火や爆発等で人命にもかかわります。

その意味では自動車バッテリー等の昔から存在する簡素な原理の充電池が良いのですが、鉛と硫酸という健康に影響が出る内容物を扱いますので注意を怠らないと言う意味では同じ様な扱いとも言えますね。(それでも、いきなり発火や爆発の可能性は低く、ガスの発生事故程度でしょう。ガスは刺激性が強く、有毒性ですので、多量に浴びたり吸い込まないようにしましょう。私も目がチカチカ、喉が痛く成った事は有ります。)

この、鉛蓄電池とも言われるバッテリーの場合、入手し易いのはバイクや車用で6V,12V,24Vでしょうから、モーターを直列にして規定電圧以上の発電を目指して、ダイオードで逆流防止するだけでも、一応は利用出来そうです。

費用対効果と言う事からは、多少疑問もあるのですが、工作と研究と言う部分では面白いと思います。

電気を貯めておく と言う事がとても難しいと言う良い経験に成るでしょう。

ニッカド電池やリチュームイオン電池、エネループやエボルタなどのニッケル水素電池には充電しようと考えない方が無難です。 ほんとに人命に関わる事故の可能性が高く成りますから、むしろ電池の特性を十分に考えない人には「絶対ダメ!!」と言いたい程です。
(まぁ、鉛バッテリーだって、間違えば病院行きとか家が丸焼け火災の可能性も否定出来ないので、あまりオススメはできませんけれどね。苦笑)

市販のプロペラとモーターと充電のキットがなぜ安く無いかは、多少ご理解戴けたら幸いです。

販売する場合は危険性が有れば訴訟問題に発展するので、とても慎重な設計と説明書の添付が必要に成りますものね。

危険が少ない範囲で、がんばってみてください♪

はじめまして♪

わたしも中学生とかの頃にモーターで発電って、遊んだ事があります。

充電が難しいんですよねぇ。(YoY)

モータがー動くのに3Vとか4.5Vとかでしょうが、回して発電させた場合、電圧は一定せずつねにふらつきます。
このため、充電池の電圧より低い発電、極端な例は風邪が無くて回らない時、電池からの電気で、モーターが回って電気消費ですね。

このため、電気の流れが一方通行となるようにします。

具体的にはダイオードと言う部品で一方通行にします。

単純な原理としては、上記の状態で...続きを読む

Q横に回転する風車

風力発電といえば放射状に羽根を付けた縦に回転するものもあれば、
縦に羽根を付けた横に回転する風車もあります。
特に大きな工場の入り口付近でよく見かけます。
具体的なところではアスナル金山の裏にもあります。

そこで質問ですが、横に回転する風車の(縦回転と比較した際の)メリット・デメリットはなんでしょうか?

Aベストアンサー

水平軸と垂直軸の違いは、コストにあります。

■ 水平軸(プロペラ型)
・高効率
・機構が複雑なため、建設費が高い。
・発電機が高所にあるため、保守費用が高い。

■ 垂直軸
・低効率
・機構が簡単なため、建設費が安い。
・発電機が地表にあるため、保守費用が安い。

水平軸の場合、
プロペラを風向きに向かって回転させる機構と
それを支える頑丈なタワーの建設が必要。
そのため、垂直軸より価格が高くなるのです。

しかし
設置面積あたりの発電量を追求するなら
プロペラ型となります。

参考URL:http://www.sanyokogyo.co.jp/eco_solution/math.html

Q風力発電機にエネルギー効率100%はあり得ないか?

風力発電機はご存じのように風の力で羽根を回して発電する機械です。
風のエネルギーを100%電気に変えることが出来たときは、風は止まっていなくてはなりません。
なぜなら羽根に当たった風が止まったときに、風のエネルギーは100%消費されたと考えられるからです。
ところが風が風力発電機を回すためには、羽根に当たった後も、羽根をいくらかのスピードで通り過ぎなければなりません。羽根の後で風が止まっているとは考えられないからです。
従って羽根を通過した風はいくらかのエネルギーを持っているはずで、風力発電機のエネルギー変換効率100%は理想状態(回転軸のベアリングの摩擦がゼロ等)でもあり得ないことになりませんか?
このことについてお答え下さい。

Aベストアンサー

>> 普通に考えたら、風を最大限に利用しようとするなら
>> 風が残らず当たるように多くの羽根があって

 そのイメージは全く正しいので、思索の基本の一つとしてよいでしょう。ただしその力は回転面を真正面から押す力、ベクトル的に翼の回転方向と垂直であることも同時に覚えておこう。 そして回転力(トルク)はそれと簡単な比例関係にあるので、回転力(トルク)もおおよそそんな傾向だと思ってよい。

 風車が回ってる光景は、翼が青空に描くスカスカな円があってその中を細身の翼が動いている。円の面積と翼の面積の割合をs(solidity)と書く。
  s = 翼の長さ×幅×枚数 / π×翼の長さ^2

 風車が得るトルクは分かったとして、ではトルク=パワー だろうか? そうではない、ロケットで書いたのと同じで、パワー=力×スピード なのだ。力をいっぱい得ようとして流れを遅くしてしまうと翼のスピードが落ちるので、トルク最高な所はパワーが低いのだ。両者をかけたものが最大になる所を近似理論で計算すると、流れを1/3だけ遅くした場合になる。



 「風車は1枚翼が…」の理由;
 次に、グライーダーが飛んでる光景を想像しよう。上昇気流の中をクルクル回りつつ高度をあげていくグライダーは翼がとても細長い。そして風車も翼が細長い。なぜグライダーは翼を細長くしてるのか?テレビの「鳥人間大会」に出場する記録狙いの機体も例外なく細長い翼だ。強度のリスクがあるのに必死で細長く作る訳は。

飛行機の翼表面の圧力は上面が周囲より低く下面が周囲より高いのは知ってると思う。この圧力差が揚力だ。しかし翼の端では、圧の高い所から周囲に出て行き、低い所へは周囲から入り込み、圧力差が減って揚力を損してるのだ。そこで(同じ翼面積なら)細長く作れば端が短くなるので揚力損失が少ない。これゆえグライダーなどの翼は細長くしてある。(念のため;幅が広くなったぶん奥行きが短いので マサツ損失は変わらない。)

 風車も翼を使ってるのだから同じことで、(以下の話はすなおに納得は難しいと思うが)枚数が多いほど「圧力が漏れる翼端が長い」のだ。例えば三枚翼の場合、三枚をピッタリ並べて一枚の翼と見なせば「なるほど端の長さが3倍だ」と。効率狙いなら三枚を長くつないで直径3倍で回すべきなのだw

 それでは二枚翼は一直線だから良いのか?;残念ながら二枚翼には端が二つある。一枚翼は端が一つなのだ。なぜなら回転中心に近いほどスピードが小さいゆえ。(もう気付いてると思うが飛行機のプロペラと同じなので理論的な事を知りたければその方面の本を当たればよい。)


 というわけで、効率は流速を1/3だけ使う場合が最高、のほかに、翼の枚数が少ないほど損失が小さい、ゆえにこの2者を両立させたものが最良ということになる。その答が現実に見る風車のあのヒョローンと細長い姿なのだ。



>> なぜ三枚翼が多い

 騒音とか、回転軸を横に曲げようとする不必要な力を考えてのこと。 風車の上空をグライダーが飛んでるとしよう。グライダーの負荷は機体と数名の乗員だが、風車の軸には発電機を通じて家庭のテレビやエアコンや洗濯機が回っている。翼に入ってくるエネルギは半端なものではない。
 一枚翼。
真正面から受ける空気力が軸を曲げようとしてるのは素人目にも明らかである。そのほかは二枚翼と同じ。
 二枚翼。
真正面からの空気力のバランスは良い。三枚翼より効率が良いからできれば使いたいのだ。しかし(難しい話になるが)慣性モーメントがアンバランスなのだ。翼の方向にはあるがその直角方向には無い。斜めの風を受けたとき変に曲げる力が生じる状態がある。ヘリコプターのローターが同じ二枚翼なのは知ってると思うが、ローターの付け根にはこの力に対処したフライングヒンジという「ちょうつがい」を使っている。それが無い時代は姿勢を崩して墜落したらしい。風車も同じようなヒンジを付けるのが保守メンテナンス的に面倒なのか、台風などを考慮すると軸受けが大げさになるからなのか、よく分からないが現在のところあまり普及してない。
 三枚翼。
上記のバランスがよい。この一言に尽きるらしい。ヒンジなど使ってないので安くできるのかも。そのほか回転が遅いので風切り騒音が少ない(パワー=力×スピード)

>> 普通に考えたら、風を最大限に利用しようとするなら
>> 風が残らず当たるように多くの羽根があって

 そのイメージは全く正しいので、思索の基本の一つとしてよいでしょう。ただしその力は回転面を真正面から押す力、ベクトル的に翼の回転方向と垂直であることも同時に覚えておこう。 そして回転力(トルク)はそれと簡単な比例関係にあるので、回転力(トルク)もおおよそそんな傾向だと思ってよい。

 風車が回ってる光景は、翼が青空に描くスカスカな円があってその中を細身の翼が動いている。円の面積...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Qエアギャップ方式発電 なぜ コイル3 磁石4 の比率?

コイル と 磁石の 数の組み合わせは、 なぜ コイル3 磁石4 の比率?


三相交流で考えた場合

コイル6  8極磁石
コイル9  12極磁石
コイル12 16極磁石

のような組み合わせが多いですが、どうしてなのでしょうか?



コイルのほうは3相なので3の倍数というのは簡単に理解できます。
ということは、磁石は3の倍数がだめということか?

問題は磁石の方があまり意味がわかりません。
コイル3  3極磁石 のようにすると、位相ができないのでだめなのはすぐにわかります。

コイル3  4極磁石はきれいに波形が出るのでOKとして
コイル3  6極磁石位相ができない部分があるので不可として。

コイル3  5極磁石 でもOKなんでしょうか?
コイル3  7極磁石 でもOKなんでしょうか?
コイル3  8極磁石 でもOKなんでしょうか?

グラフを書いてるとぐちゃぐちゃになってよくわかりません。
よろしくお願い致します。





以下参照リンク:
==================================================================


風力発電でシビレタ...3点● エアーギャップ発電機 (31)
http://bokuwachibi1.blog50.fc2.com/
http://bokuwachibi1.blog50.fc2.com/blog-category-2.html

9コイル 三相交流
12極(両面磁石24個)

==================================================================

マイクロ風力発電機の設計と製作
久保 大次郎 著
PDFファイル
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/41/41221/41221_p86-89.pdf


12コイル
16極(両面で32極)

==================================================================

コイル と 磁石の 数の組み合わせは、 なぜ コイル3 磁石4 の比率?


三相交流で考えた場合

コイル6  8極磁石
コイル9  12極磁石
コイル12 16極磁石

のような組み合わせが多いですが、どうしてなのでしょうか?



コイルのほうは3相なので3の倍数というのは簡単に理解できます。
ということは、磁石は3の倍数がだめということか?

問題は磁石の方があまり意味がわかりません。
コイル3  3極磁石 のようにすると、位相ができないのでだめなのはすぐにわかります。

コイ...続きを読む

Aベストアンサー

三相発電機ですから、コイル3個に対して磁極2個の配置が大原則かと思います。
ただし、この場合にはコイルに重なり部分ができるので、重なり部分でのコイル厚さが場合によっては問題になるかと思います。
この対策として、コイルをひとつ置きに配置すると、コイル三個に対して磁極4個の組み合わせになる(磁極4に対して、原則にのっとればコイルをU1,V1,W1,U2,V2,W2と6個配置するところをひとつ置きにU1,W1,V2の三個だけ配置する)かと思います。
この場合、相順はコイルの配置、回転子の回転方向に対して逆相になりますし、磁束の利用率が下がって(コイルに鎖交しない磁束が増えて)全体の発電電圧が低くなる、ということになるかと思います。

コイル3個6極
原則にのっとると、6極の場合のコイル配置はU1,V1,W1,U2,V2,W2,U3,V3,W3で、ここから2個おきに配置すると、U1,U2,U3となって、三相の配置にならないかと思います。

Q羽数と発電効率について

風力発電について調べています。
工作用紙で換気扇のような羽(羽数が3枚、4枚、8枚など。外径、内径、風速は一定。)を作り、扇風機からの風を当てて電圧を測りましたが、羽数と発電効率の関係についてよく分かりませんでした。
羽数が多いほど電圧が高くなるのでしょうか?一番電圧が高くなる羽数や、なぜその枚数なのかを関係式などを使い詳しく教えていただければ幸いです。

Aベストアンサー

 羽根の数はその風車がどのような風速で最大の効率になるかにかかっています。羽根が多いほうが風速の小さい時に効率が良くなります。風力発電とはまず風の運動エネルギを羽根の回転エネルギに変換するのですから、効率よく発電している羽根の後ろに回ってみると風が感じられないというのが本当です。ですから現在あちこちに設置されている大型の三枚羽根の風車がゆっくりゆっくり回っているのは美しい光景ですが風速の不足でぜんぜん効率よく発電できていない常態なのです。あんなんでは羽根のうしろに回っても風車が無いのと同じくらい風が気持ちよく吹いてくるだろうと想像できるでしょう。2枚羽根3枚羽根の風車では羽根が見えなくなるほどの回転数で回っている時が設計上の定格回転で最大効率となります。一方多くの羽根を持つ風車ではそよ風を羽根の後ろに漏らさないようにエネルギ変換できるので小さな風速で最大効率となりますが反面強風の際には回転数が上がらず効率が悪くなるということになります。

Q風力発電の羽の重さ

風力発電について納得ができません。

あの1枚5トンもある羽がたった風速3mで発電ができるそうです。
たった風速3mのそよ風にあの巨大な風車が
影響あることが納得できません。

飛行機のように揚力を利用していることはわかりました。
ベストな方向に風車を向けることができることもわかりました。

重くて長いほうが惰性を利用して周り続けられることもわかりました。

周り始めはモーターでまわしてあげていることもわかりました。

でもやはり、そよ風程度の風であの重くて細い羽が
回る手助けになることが納得できないのです。

縁日で売っているかざぐるならそよ風でも回りそうです。
でもあのかざぐるまの羽が5キロあると考えると
とてもそよ風では回りそうにありません。

たとえば、あの風車の軸の部分はとてもぬるぬるしていて
両手で押せば簡単に周るんだよ!だから重くっても大丈夫!
なら納得ができそうです。

どうか、納得できる回答をもらえないでしょうか。

Aベストアンサー

 日常的な経験ではそう感じますね。でも、純粋な物理の世界ではそうではないのです。

 まず、日常的な経験で小さな風では回らないのは、「摩擦」が大きいからです。摩擦は、風車の「軸」と、それを支える「軸受け」との間に発生します。風車が重ければ重いほど、摩擦力も大きくなります。ですから、最初に回り始めるのに、大きな力が必要です。
 だから、「周り始めはモーターでまわしてあげている」のです。

 純粋な物理の世界では、通常「摩擦はないものとする」として考えます。そうすれば、どんなに小さな力でも、ゼロでない限りは風車を回すことができます。

 風車の羽根が、風から受ける力は、羽根の形状で決まります。材料が軽量プラスチックだろうが、鉄であろうが、木であろうが、表面の粗さによる空気抵抗の違いを無視すれば、同じ形の羽根であれば同じ力を受けます。

 このとき、力学の法則で、

   F=ma
  (F:力、m:物体の質量、a:加速度)

ですから、「羽根が重ければ加速度は小さい」「羽根が軽ければ加速度は大きい」ということになります。
 つまり、同じ形で、風から同じ力を受けたときに、重い羽根はゆっくり加速し、軽い羽根は素早く加速する、ということです。

 ここまではよろしいですか?

 次の日常的な経験との違いは、日常経験では、「風は吹いたり止まったりする」ということです。このような風では、「重い羽根はゆっくり加速」では、なかなか速度が上がりません。「軽い羽根」はよく回ります。
 しかし、純粋な物理の世界で「風速3mの風」というのは、1年以上前からずっと「風速3m」で吹き続けている風なのです。(きっと、これからも1年以上「風速3m」で吹き続けるでしょう)
 こういう風であれば、「ゆっくり加速する重い羽根」であっても、少しずつ加速してどんどん回転数が上がります。時間はかかりますが。

 ここまでではどうですか?

 次に、少し現実的に考えます。如何に純粋な物理の世界であっても、「空気の抵抗」というものが存在します。まあ、ゆっくりした動きであれば、無視しても良いのですが、「羽根の回転数が上がる」と、無視できなくなってきます。(これを考えないと、無限大の回転数まで加速してしまいます。「風によって力を受ける」ということを出発点にしているので、「回転すると空気抵抗を受ける」ことを無視すると論理に矛盾を生じます)
 羽根の表面は風を受けて「回転力」を生じますが、この羽根の「裏面」は、回転すると静止している空気からの抵抗を受けます。この「裏面」の空気抵抗は、回転数が上がるほど大きくなります。
 つまり、「風を受けて生じる回転推進力」が「風速」が一定ならほぼ一定であるのに対し、「羽根の裏面の空気抵抗」は回転数が上がるほど大きくなって行きます。従って、ある回転数まで上がると、「回転推進力」と「空気抵抗」が釣り合って、それ以上回転数が上がらない状態で落着き、一定回転数で回り続ける状態になります。(これは、常識的に理解できますね?)

 つまり、「風速3mの風」が継続して吹いていれば、「ゆっくり加速する重い羽根」であっても、「素早く加速する軽い羽根」であっても、ある時間が経過すると、「回転推進力」と「空気抵抗」が釣り合った回転数で、一定回転数で回り続ける状態になります。この回転数に達するまでの時間は「重い」「軽い」で違いますが、1年後2年後の長い時間後であれば、どちらも同じ回転数に落着いているということなのです。

 結論を言えば、「重い羽根」と「軽い羽根」は、「加速しやすさ」が違うだけで、同じ力を長時間かけ続ければ、同じ回転数で回るようになる、ということです。
 「摩擦は無視」とか、「風速3mの風が数年間連続して吹き続ける」といった、超「不自然」な理想状態(=純粋な物理の世界)を考えれば、それがあり得るということを理解できるのではないでしょうか。

 日常的・経験的な思い込みから脱して、純粋な物理の理想的な状態で思考実験してみることで、一見不思議なことも理解できるようになります。現実にはそのようにはならない、ということも事実でありますが。

 日常的な経験ではそう感じますね。でも、純粋な物理の世界ではそうではないのです。

 まず、日常的な経験で小さな風では回らないのは、「摩擦」が大きいからです。摩擦は、風車の「軸」と、それを支える「軸受け」との間に発生します。風車が重ければ重いほど、摩擦力も大きくなります。ですから、最初に回り始めるのに、大きな力が必要です。
 だから、「周り始めはモーターでまわしてあげている」のです。

 純粋な物理の世界では、通常「摩擦はないものとする」として考えます。そうすれば、どんなに小さ...続きを読む

Q単相モーターと三相モーターの違い。その利点と欠点。を教えてください。

位相の数が違う。といってもその「位相」って言葉から複雑怪奇。バカにでも理解できるようにわかりやすい言葉で教えてください。
単相と三相の利点と欠点。使い分け方。マメ知識なんぞ教えてください。
恥ずかしくて誰にも聞けないんです。

Aベストアンサー

一番大きな違いは、簡単な構造で、起動できるか(自分で回転を始められるか)どうかだと思います。一番簡単な構造である 誘導電動機で三相の場合はスイッチを入れるだけで回転を始めますが、単層の場合は、唸っているだけで回転を始められません。単相電動機でも何らかの方法で回転させれば、(例えば手で回しても良い、回転方向は、回してやった方向で決まる。)回転を続けます。この方法には、コンデンサー起動、反発起動等がありますが 1/2HPぐらいまでの小さなものに限られます。町工場など住宅地では、三相交流の供給が受けられませんので苦労したこともありました。


hp

Q三相200Vを単相200Vで使用したい

三相200V電源を単相200V電源として使用したいのですが。
三相200Vの場合,R(赤)S(白)T(黒)の3線が電源として配線されておりますが,単相200Vととして使用する場合,R-S,R-T,S-Tのいづれを取っても良いのでしょうか。

以前にいづれかがアースに落ちている場合があると聞いたことがあり,この辺が不明なのですが。

Aベストアンサー

いくつか逆質問になります。

【1】 単相200Vの負荷は何でしょうか。
(a) 電熱器・電気炉、溶接機など。
(b) 蛍光灯・水銀灯、エアコンなど。

(a) のグループでしたら、三相電源に単相負荷をかけることは一般的に認められます。
(b) のグループは、単相三線式の電源で使用することが基本であり、三相電源からの使用は認められません。

【2】 前項の(a)であるとして、単相負荷の容量はどのくらいですか。また、三つに分割できますか。

【3】 三相電源の接地形態はお分かりですか。
(a) 動力専用バンクの三角 (またはV) 結線で一線接地。たぶん S線が接地されている。
(b) 灯動兼用バンクの V結線で、中性点接地。たぶん S線とT銭の中間で接地されている。

(a) のケースで単相負荷を取り出すには、三つに分割できる場合は、各相に均等になるように。(b) のケースでは、電灯と共用されている変圧器の容量が大きいので、中性点が接地されている相につなぐ。

【4】 電力会社との契約種別。
(a) 低圧。
(b) 高圧または特別高圧。

(a) の場合は電力会社の、(b) の場合は主任技術者の指示を仰ぐことが必要です。

いくつか逆質問になります。

【1】 単相200Vの負荷は何でしょうか。
(a) 電熱器・電気炉、溶接機など。
(b) 蛍光灯・水銀灯、エアコンなど。

(a) のグループでしたら、三相電源に単相負荷をかけることは一般的に認められます。
(b) のグループは、単相三線式の電源で使用することが基本であり、三相電源からの使用は認められません。

【2】 前項の(a)であるとして、単相負荷の容量はどのくらいですか。また、三つに分割できますか。

【3】 三相電源の接地形態はお分かりですか。
(a) 動力専用バ...続きを読む


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