鳥が空を飛べるのは飛行機と同じ理屈で、翼が揚力を発生するからです。
揚力とは「翼の正面に当たった空気が翼の上と下に分かれて後ろに流れる。そのとき、翼の上を流れる空気のスピードが速くなる。すると、流体の速度が増加すると圧力が下がるというベルヌーイの定理によって、翼の上側の圧力が下側の圧力より低くなる。そのため、翼は下から上に押し上げられる」というものです。
揚力を実感できる方法としては、スプーンを使った実験があります。
スプーンの柄の端を指でつまんでぶらぶらと自由に動くようにぶら下げます。
そしてスプーンの背を水道の蛇口から流れる水に近づけるのです。
流れ落ちる水にスプーンの背が接すると、スプーンが背中側、言い換えれば水流と垂直方向にぐっと引かれるのがわかります。
翼もこのスプーンと基本的に同様で、進行方向と垂直に翼の上面の方向に引かれるのです。
空を飛ぶとき、意識して空気を下に押さなくても、空気の中を前に動いていくだけで上に押し上げられる、これが翼の巧妙なしくみです。
実際には、翼が前進することで空気は下に押し下げられ、その反作用で翼が上に持ち上げられているのですが、それがわかりづらいところが翼のしくみの巧妙なところであり、また揚力の理解が難しい原因となっています。
スプーンと翼が違うのは、スプーンでは自分は止まっていて水が上から下に動いているのに対し、翼では空気が止まっていて自分が前進している必要があることです。
翼が揚げ力を得るためには、前進するための推進力が別に必要です。
飛行機では、ジェットエンジンやプロペラによって前向きの推進力を得て、翼で上向きの揚力を得るという分業が行われています。
鳥にはプロペラは付いていませんが、翼の半分より先の初列風切という羽がプロペラと同じ働きをして推進力を得ていると考えられます。
ちょうどプロペラのブレードが飛行機の進行方向に垂直な面の中を運動して、後ろ向きに風を送って前向きの推進力を得るのと同様に、初列風切は上から下に打ち下ろされて前向きの推進力を得るのです。
翼の半分より体寄りの次列風切は、翼のはばたきに際しても上下動が少なく、むしろ飛行機の固定した翼と同じく、揚力の発生を主に受け持っていると考えられます。
揚力は速度の２乗に比例するので、低速では揚力が極端に落ちます。
揚力が落ちるのを防ぐために、低速のときは迎え角、つまり翼と進行方向とのなす角度を大きくして翼を立てるようにするのですが、これには限界があって、あまり迎え角を大きくすると翼の上面を流れる空気が翼から剥がれて渦ができ、失速してしまいます。
飛行機の翼ではこの失速を防ぐためにスラットというものを付けて空気が剥がれずに翼の上をスムーズに流れるようにしています。
鳥でこのスラットの役目をするのが小翼羽という翼の前縁中央付近に付いた小さな羽で、客地寸前で速度を落とした鳥の写真を見ると、体を立てて迎え角を大きく取りながら、普段は伏せている小翼羽を開いていることがわかることがあります。
鳥の羽毛は、飛行のために不可欠なのはもちろんですが、体を覆う羽毛はふわふわとした状態を保つことにより保温の役目をはたします。
また、水鳥が泳ぐときに、もし羽毛が水をはじかずに水を含んでしまうようだと、ずぶ濡れになって沈んでしまいます。
陸の鳥でも、飴で濡れないために羽毛が水をはじく必要があります。
羽毛がそういった目的に沿うような構造になっているのは事実ですが、鳥は羽毛の構造だけをあてにしているのではなく、絶え間なく手入れをして、羽毛の性能を保っているのです。
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