ドローンの物理学 ニュートンの「運動３法則」！
ドローン教授っす。突然だけどさ～ また、ニュートンさん登場です。
ニュートンさんっすか。あの数式またやるんすか？ドローンの基礎力学。あの墜落に関する公式！もう頭から湯気でそうなんですけど……
今回はその基礎学の応用篇、ニュートンの発表した「運動３法則」じゃ！
運動３法則？ 食う、寝る、遊ぶってキャッチコピー流行しましたけど、そんなもんですか？
古っ！この３法則はドローンが飛行するのに重要な要素なのじゃ！
それって完全に物理学ですよね。さすが２級分野。すでに拒否反応出てます。
面倒だけどもやらないわけにはいかん！今日は、ニュートンの「運動３法則」の勉強じゃ
lesson38 ドローンの物理学 ニュートンの「運動３法則」！
ニュートンの法則「運動３法則」
力と運動の関係の勉強じゃ
第一法則 慣性の法則
「物体に他の外力の作用がなければ、その運動状態をかえない」という法則
ガリレイやデカルトが発見し、ニュートンがまとめた法則で、「ガリレイの慣性の法則」とも言われることもある。
外部から力が加えられない限り、静止している物体はそのまま静止しようとし、運動している物体は同じ速度（等速直線運動）を続ける。
第二法則 運動の法則
「物体の加速度は、その物体に作用する力に比例し、物体の質量に反比例する」という法則
はい！ 理解不能！ 思考停止しま～す
あまたつ君帰ってこ～い
物体に力が加わると、物体の運動が変化します。運動の変化とは「加速度」を表しています。
力と加速度の関係には、物体の質量も関係してきます。
力をF 加速度をa 質量をmとすると、物理の式の中では最も有名と言ってもいい「運動方程式」で表す事ができる。
力は、質量に加速度が加わることで大きくなります。→はベクトルといい、力の方向を表しています。
また、運動方程式をa（加速度）について解くと、
を得る。加速度の大きさは、外部から与えられた力Ｆに比例して大きくなり、物体の質量に反比例するということになる。
つまり、重いものを動かす時は、大きな力が必要であるということじゃ。
第三法則 作用反作用の法則
「２つの物体Ａ・Ｂが隣り合う時、物体Ａが物体Ｂに与える力と、物体Ａが物体Ｂから受ける力は、大きさが等しく逆向きである」という法則
手で壁を押しても、壁に手がめり込まない場合、壁も同じ力で押し返していて釣り合っているというような考え方じゃ。押す力を作用、押し返す力を反作用と呼ぶ
重力
重力が関係してくる運動を計算する時は、鉛直下向きに働く加速度として考えます。これを「重力加速度」と呼びます。簡単な計算を行う為、重力加速度は、９．８m/S２とするのが一般的です。
ドローンとの関係
ドローンの運動原理を理解する為には、この運動３法則を理解する必要があるのじゃ
ドローンは摩擦が少ない為、意図的に力を生じさせない限り、動き続ける事になります。
フレア操作
飛行中のドローンは空気抵抗の他に摩擦がない為、回転翼機は進行方向と逆方向に機体を傾ける操作が必要となります。
揚力の計算
飛行させようとするドローンの離陸重量が、ある重量時の４倍になった時、飛行を維持するために必要な揚力は、力と加速度の計算式より、４倍になります。
翼が生じる揚力は、対空速度の２乗に比例します。
翼の対空速度を２倍にすると、揚力は４倍になり、逆に半分になれば揚力は1/4になります
慣性力
外部から力が加えられない限り、静止している物体はそのまま静止しようとし、運動している物体は同じ速度（等速直線運動）を続けることを「慣性」と呼びます。
この慣性によって生じた力を「慣性力」と呼びます。
ポイントは、この慣性力は、実際にエネルギーが生じたわけではなく、見かけ上の力という事じゃ
コリオリの力
直線的な慣性力ではなく、回転している時にも慣性力が働きますが、これをコリオリの力と呼びます。回転しているところでは、物体は特殊な力が加わったような動きをします。これは直進しているように見えても、回転しているので特殊な動きになるのです。
地球は自転をしている。だから私達が東西を縦断するように（例えば北から南に向かって）移動した場合、コリオリの力をうけるのじゃ。北半球で発生する台風が反時計回りなのもコリオリの力のせいじゃ
検定問題
ドローンの教科書 上級テキスト 無人航空従事者試験２級対応問題より
問１ 質量１０ｋｇの物体に２０Ｎの力を加える時、その物体の加速度の大きさとして正しいものを選びなさい
① １m/ｓ2
② 2m/ｓ2
③ 10m/ｓ2
④ 20m/ｓ2
ドローンの教科書 上級テキスト 無人航空従事者試験２級対応問題より
問２ 質量３ｋｇの機体を空中において同じ高さで飛行させるために必要な揚力として、最も近いものを選びなさい。ただし、重力加速度９．８m/ｓ2
① ９．８Ｎ
② １９．６Ｎ
③ ２９．４Ｎ
④ ３９．２Ｎ
まとめ
ドローンにかかる力を理解する事は大事な事じゃ
そうですね。フレア操作を意識しただけで、ドローンがうまく操作できるようになった気がします。
※参考 ドローン検定協会公式ＢＯＯＫ ドローンの教科書
リンク
Ｑ１：② Ｑ２：③
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ドローン検定協会公式ＢＯＯＫ ドローンの教科書
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