地球上の私たちは、空気抵抗（別名「抗力」）を当たり前のように考えています。 ボールを投げたり、飛行機を打ち上げたり、宇宙船を離陸させたり、銃で弾丸を発射したりするとき、大気中を移動することで自然に速度が低下するものと考えています。 しかし、その理由は何なのでしょうか？

空の旅への依存、宇宙開発への熱意、そしてスポーツや物を空中に飛ばすこと（自分自身も含めて）が好きな私たちにとって、空気抵抗を理解することは物理学を理解する上で重要であり、多くの科学分野に不可欠な要素です。

Definition:

定義によると、空気抵抗とは、物体が空気中を通過する際の相対的な動きに逆らう力のことです。 これらの抗力は、対向する流速とは逆に作用し、物体を減速させます。

別の言い方をすると、空気抵抗は物体の先端面が空気分子と衝突することで発生するとも言えます。 したがって、空気抵抗の大きさに直接影響を与える最も一般的な要因は、物体の速度と物体の断面積の2つであると言えます。

航空力学や飛行の観点からは、抗力とは推力に逆らって働く力と、推力に直交して働く力（すなわち揚力）の両方を指します。 宇宙力学の分野では、大気抵抗は状況に応じてプラスにもマイナスにもなります。

Calculating Air Resistance:

空気抵抗は通常、「抗力方程式」を用いて計算されます。この方程式は、流体や気体の中を比較的大きな速度で移動する物体が経験する力を決定します。

この式において、FDは抗力、pは流体の密度、vは音に対する物体の速度、Aは断面積、CDは抗力係数を表しています。 その結果、「2次抗力」と呼ばれるものが得られる。 これが決まると、抗力に打ち勝つために必要なパワーの大きさを計算するのも同様のプロセスで、数学的には次のように表現できます。

空気抵抗の種類

空気力学における抗力には、「誘導揚力」「寄生抵抗」「波動抵抗」の3つの種類があります。 それぞれが、物体の滞空能力や、滞空させるために必要な電力や燃料に影響を与えます。 誘導抗力は、3次元の揚力体（翼や胴体）に揚力を発生させた結果として発生する。

渦は、胴体の上面と下面で圧力の異なる空気が乱流のように混ざり合うことで発生します。 これが揚力を生み出すのに必要なのです。 揚力が大きくなると、揚力による抗力も大きくなります。

これに対して寄生抵抗は、固体が流体中を移動する際に生じるものです。

これに対して寄生抵抗は、固体が流体中を移動する際に生じるもので、「形状抵抗」や「皮膚摩擦抵抗」など、複数の要素から構成されています。 航空分野では、低速域では揚力を維持するために高い迎え角が必要となるため誘導抗力が大きくなる傾向があり、速度が上がると誘導抗力は非常に小さくなりますが、突起物の周りでは流体の流れが速くなり摩擦が大きくなるため、寄生抗力が大きくなります。

波浪抗力（圧縮性抗力）は、圧縮性流体中を高速で移動する物体の存在によって生じる。 空気力学では、波動抗力は飛行の速度領域に応じて複数の要素で構成されています。

音速よりもはるかに低い速度で飛行している物体には超音速流が発生しますが、これは物体の上を空気が加速するときに、物体の上にある空気の局所的な速度が増加するためです。 つまり、遷音速で飛行する航空機には、その結果として波動抵抗が発生することが多いのです。

超音速飛行では、胴体の前縁と後縁に斜めの衝撃波が発生し、これが波浪抵抗となる。

超音速飛行では、波抗力は機体の前縁と後縁に形成される斜めの衝撃波の結果となります。

飛行中の空気摩擦の役割を理解し、そのメカニズムを知り、それを克服するために必要な力を知ることは、航空宇宙や宇宙開発において非常に重要です。

Universe Todayでは、空気抵抗と飛行について多くの記事を書いてきました。

NASAの航空機プログラムについてもっと知りたい方は、Beginner’s Guide to Aerodynamicsをチェックしてみてください。

また、Astronomy Castでは、関連するエピソードを多数収録しています。エピソード102「重力」はこちら。