ゴルフボールの表面にくぼみがある理由は？二つの力とは？チコちゃん
23年7月21日放送のNHK「チコちゃんに叱られる」の問題『ゴルフボールにくぼみ(ディンプル)があるのはなぜ？』の答えなど番組内容を簡単にまとめてご紹介。
ゲスト出演者
【ゲスト】吉岡里帆、清塚信也
【VTRゲスト】なし
ゴルフボールにくぼみがあるのはなぜ？
3問目の出題は、
なんでゴルフボールにはくぼみがいっぱい付いているの？
チコちゃんの答えは、
より上により前に飛びやすくするため
解説は元日本文理大学の北岡哲子特任教授。
ゴルフが広まったのは1400年代といわれていて、この頃使われていたのは木のボールでその表面はツルツル。
木のボール時代の飛距離は90mほどだったそうで、そこからボールの素材は皮、ゴムと徐々に進化。
ところが新品ボールよりも使い古して表面に傷があるボールの方がよく飛ぶという事が経験則的に知られていて、
そんな事情もあって予め表面に網目状のパターン付き、ぼつぼつとした突起付きなどのボールも販売されるように。
その後1905年にはゴルフボール製作者のウィリアム・テーラーによって傷がついたボールが飛ぶ理由が明らかに。
ここでようやく現在の形のようなくぼみ(ディンプル)のあるボールが誕生する事に。
さらにボールの開発は進んで様々なくぼみパターンが考案される時代に突入。
という事でやっと本題へ。
ボールを打ち出すとボールは回転しながら飛んでいきますが、
この時ボールには浮き上がろうとする揚力、下に引っ張られる重力、後ろに引っ張られる抗力の三つの力が発生。
そしてボールを飛ばそうとする際に重要なのは上に高く上がるための揚力を増やす事＋後ろに引っ張られる抗力を減らすというアプローチ。
ボールは通常バックスピンがかかりながら飛んでいくものですが、
ボールの回転方向とボールの上側を流れる空気の流れは同じ方向に流れるので流れは自然とスピードアップ。
一方でボールの下側は流れる向きが逆向きになるので流れが遅くなる事に。
この時にボールの表面にくぼみ(ディンプル)があると空気が引っかかりやすくなり上と下の速度差がさらに開くという効果。
速度差があると気圧の差も生まれるので、空気の流れが速いと気圧は低く、遅いと気圧は高くなり、高い方から低い方へと力が働くのでボールを上に押し上げる揚力が発生。
さらにボールを後ろに引っ張る抗力はボールの後ろに発生する空気の渦に起因していて、
ディンプルあり、なしで比較すると渦の発生する幅が狭くなっているのが明らか。
なぜディンプルによってこんな差が生まれるかというと、
ディンプルが発生させる乱気流のせいで空気の流れが乱れてそこを通っていく空気がボールにまとわりつくようにして後ろに流れていき、
ボールの背後まで空気が回り込んだ時点でやっとボールから離れていくという現象が発生するから。
このおかげで渦が出来る範囲が狭くなって結果的に抗力が弱まるという理屈。
こうしてディンプルのおかげでゴルフボールはより高く、より前に飛ぶようになるというわけですね。
実際にディンプルのありなしでどれだけ飛距離に差が出るのかブリヂストンの研究施設で実験。
ボールの素材は全く同じ2球を用意して、同じパワーで打ち出せるゴルフロボットで比較してみると、
ディンプルなしだとボールに高さが出ず、飛距離も失速するようなイメージ。
空高く舞い上がって背景に空の雲が映るディンプルありボールと、
背景に緑が映るぐらいの高さしか飛んでいないディンプルなしボールでは大違い。
当然ながらは飛距離も80mの大差という結果に。
という事で3問目は以上。
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