66.驚愕の物理現象～超魔術！？～ 6選

私たちの日常生活を快適にする技術の根幹を形成しているのは物理学です。

ほんの100年前までは、実現不可能と思われていた事も物理学の進歩によって着々と実現されてきました。

その進歩の速度は非常に早く、物理現象というよりもMrマリックもビックリの超魔術とも言えそうです。

物体の空中浮遊は不可能もしくはMrマリックの様なマジシャンにしか出来ないと思っていませんか？

ですが、物理学ではその様な超常現象も実現することができるんです。

今回は、皆さんの科学的な知的好奇心を揺さぶる驚愕の物理現象を6つご紹介したいと思います。

では、いってみましょう！

マイスナー効果

1933年、ドイツの物理学者マイスナーとオクセンフェルトは超伝導体の周囲の磁場が実際にどのように分布しているか、検証する実験をしました。実験の結果は予想外のものでした。実験を行う際の条件にかかわらず、超伝導体の内部に磁場が侵入することはなかったのです。この驚異の事実は、超伝導体が臨界温度よりも低い温度に冷却されると、超伝導状態になるということを示しています。マイスナー･オクセンフェルト効果をビジュアル化すると、磁石が冷却された超伝導体の上に浮遊している現象を監視できます。この効果をもとにレクサス社は、超伝導ホバーボードを開発し2015年に発表しました。ですが、当時ほとんどの人々は、これをデマや広告活動だと思い、相手にしませんでした。

マグナス効果

回転体が流れる液体、または気流の中に置かれたときに生じる物理現象は、マグナス効果と名付けられました。回転体は周囲に渦を発生させます。回転体の一方の回転方向は、流体の流れる方向と一致するため回転速度は増加します。ですが、回転体のもう一方の回転方向は、流体とは反対方向であるため運動速度は減少します。この現象の最も簡単な例は、回転するサッカーボールが弧を描いて飛んでいるときの状態です。この現象があるために、サッカー選手は思いもよらぬ方向からの見事なゴールを決めることができるのです。または、もし回転するボールを高い高度から投げたとすると、このボールはただ下方向に落下するだけでなく、ボールを投げた地点よりもはるか遠くに飛んでいきます。回転シリンダーを利用して、揚力をつくり出す飛行実験もあります。他にも回転シリンダーを利用したヨットもあります。シリンダーは横から吹き付ける風の向きを変え、マグナス効果を利用して前方へ船体を押し進めるのです。

ビーフェルド・ブラウン効果

ビーフェルド・ブラウン効果は、周囲の粒子にパルス電流を流すイオン風が発生する現象です。この現象を発見したのは、ポール・ビーフェルドとトーマス・ブラウンでした。特定の形状と電圧の条件が揃った際には円盤状の空気膜が生じ、自由に空中を飛行し始め、小さな鈍い音を出したり青っぽく発光したりします。この浮上装置は、イオンエンジンを搭載した航空機だと見なすことさえできるでしょう。しかし、イオンエンジンを搭載した機体の大気中での実用化には限界があります。その理由は、第一にこのタイプのエンジンのパワーが低いことにあります。しかし、他の技術的解決法が望ましくなくなったときに、このエンジンの実用化が進められることでしょう。

コアンダ効果

コアンダ効果の名は、ルーマニア科学者アンリ・コアンダにちなんで名付けられました。1932年コアンダは、ノズルから噴流する液体が壁のある方向に引き寄せられていることと、また、特定の条件下では壁にくっ付くことを発見しました。なぜこの現象が起こるのかというと、側壁が噴流の一方方向からの空気の自由な流れを妨げ、減圧ゾーンに空気の渦をつくるためです。同様の現象は気流の場合でも起こります。コアンダ効果は、エアコンにも用いられており、天井に引き寄せられる気流の現象をつくり出し、室内の空気の循環を良くしています。1940年から1970年のアメリカでは、コアンダ効果を航空機の開発に応用する実験が行われました。コアンダ効果はローターシステムに利用されています。これは、ヘリコプターのコントロールシステムにおいて、通常のテイルローターの代わりに用いられています。航空機エンジンから噴出するジェット気流により、翼の揚力を高めるためにコアンダ効果が利用され、幾つかの航空機関初プロジェクトが立ち上げられました。例えば、軍用輸送機ボーイングYC14、また、短時間での離着陸が可能なソ連の航空機AN72と、AN74がそうです。

モンロー効果

爆発の威力を増加させるためには、爆発を所定の方向に集中させ、ターゲットの方角を向いた雷管とは反対向きにあるくぼみの付いた爆薬を用いる必要があります。より大きな威力を発揮するために、爆薬の円錐形のくぼみは金属でコーティングされています。爆薬のくぼみとは反対向きに設置された雷管は、爆発後に衝撃波を発生させ、この衝撃波は爆薬の軸に沿って移動し噴流が形成されます。この噴流が装甲とぶつかった際には非常に大きな圧力を生じ、1桁または2桁金属の強度を上回っているため、流体力学が働き、気流と金属板は相互に作用し合います。つまり、衝突の際に完全流体として振る舞うのです。興味深いのは、円錐形の爆薬の容器が圧縮する際に生じる噴流の速度は各部によって異なるため、飛行中にこの気流は伸びます。そのため、爆薬とターゲットの感覚を少し大きくすることで、噴流の長さが長くなり、穿孔力(せんこうりょく)が増加するのです。元々この噴流装置は、装甲溶解弾と呼ばれていました。装甲を溶かして風穴を開けたような弾痕に見えたことがその名の由来です。実際には、爆発の際の爆薬の容器の温度は、装甲の溶解温度よりもずっと低く、たったの200度から600度程度までしか上昇しません。

冷風効果

私たちが感じる温度というものは、かなり主観的なものです。湿気、個人個人の生理機能、そして気分によってさえも、ある温度を熱いと感じるか冷たいと感じるか変わってきます。風の場合も同じで、私たちが感じる温度というものは、必ずしも真実というわけではないのです。人間の体の周囲を絶えず取り巻く空気は、空気でできた薄いコートとして機能します。空気クッションとも言うべきこのコートが、熱を保存しているのです。風が吹き付けてきた時には、このクッションは吹き飛ばされ、実際の気温を肌で感じ始めます。この気温はそれまで感じていたものよりも、はるかに低いものです。この冷風効果は熱を発生する物体のみに影響します。