竹トンボの作り方| No.12 | 竹とんぼ |
|
ここ３年ほど定番の授業になっています。割っただけの竹を生徒に渡して、ナイフで竹とんぼを削ってもらいます。授業では、軸つきで自分で飛ばして滞空時間４秒以上で合格になります。竹とんぼにとっては、４秒は長い時間です。クリアするためには、力学的に合理的なバランスにしなくてはなりません。
竹トンボの作り方
材料
| 真竹や孟宗竹を６ｃｍ〜１２ｃｍの長さにノコギリで切り、手頃なはばに割ります。 そのままでは厚く、翼の傾きを出しやすいのですが、初心者には大変時間がかかります。そこで、さらに、ナタやナイフで割り、２〜３mmくらいにします。後で加熱してねじって傾きを出すことにします。 |
 |
上から見た形（平面形）を作ります。
| 中心に穴を開けます。 図のようにマジックなどで線を描きます。穴に対して対称に描きましょう。軸付近はなるべく細いほうが、軽く傾きも出しやすくなります。 |
 |
| 曲線の部分をナイフで切り落とします。 ナイフに自信のない人は、右図のようにノコギリで数カ所、曲線の所まで切り込みを入れてから、ナイフを使うという手もあります。 |
 |
翼を削りましょう。
おもて（上）側をナイフで斜面に削ります。 |
 |
| 持ち替えて反対がわも。 |  |
| 裏側にして、同様に。 |  |
ここで、仮に軸を付けて、重さのバランスを見ましょう。重い方を削って重さの偏りがないようにします。
火であぶって、翼の傾きをつける
| ローソクの火で遠くからあぶって、竹をやわらくし、翼の傾きを大きくします。 まず、中心部付近をあぶって、両方の翼の傾きを全体に大きくします。あぶってやわらかくなったら、下図の点線部分をもって、ねじったまま、ふうふう冷まします。 |
 |
| 右のように大きな傾きがつきます。 |  |
| こんどは翼端に近い部分を加熱して、さっきと逆方向にねじります。翼端だけ傾きを元に戻すわけです。 |  |
 |
 |
はみだし情報
★ 作り方の図は右利き用です。右利きの人は竹トンボを上から見て、反時計方向に回す方が力が入るようです。逆回り用は図をすべて左右反転して見て下さい。
★軸はスーバー等で売っている料理用の竹ぐしを利用すると、簡単です。
★伝統的な竹とんぼに比べて、とにかく軽く、重量は軸を含めて２ｇ〜５ｇ程度が人の（手の）体力に合っています。
軽い方が良い？
手のひらで軸をこすって回すのですから、自然と重さには限度があります。掌の体力との相談ですが、軸を含めて５ｇ以上では、重く感じます。また、同じ重さでも長い方が回転慣性（慣性モーメント）が大きく、回すのが大変です。軽い方が良いのですが、慣性モーメントが小さいと回転が長持ちしません。慣性モーメントは適度に、重量はなるべく軽く、という事になります。
なぜ中心部が細いの？
慣性モーメントは質量（重量）×長さ（中心からの距離）できまりますから、翼端近くを軽くすると、慣性モーメントが極端に減ります。軸近くは軽くしても慣性モーメントはあまり減りません。また、中心近くはほとんど風を切らないので無駄な部分です。だから、軸近くをなるべく細く薄くすると性能が良くなります。
なぜ翼端の傾きを小さくするの？
翼の傾きが大きいほど上昇力は大きくなります。ただ、傾きが大きすぎると空気抵抗が極端に増えてブレーキがかかり（失速）、回転が止まります。 翼端に近いほど翼に当たる風の速さが大きく、ぶつかる方向も水平に近いので、傾きを大きくできません。
| 翼の中心近くの部分では、翼の傾きを大きくしないと、揚力（上昇力）を得られない。 |  |
翼端近くの部分では、翼の傾きを大きくできない。 |  |
どのくらい飛ぶの？
この作り方で滞空時間は無風で６秒〜８秒くらい、高さは１０ｍ以上飛びます。建物や地形に吹く風、広場などに起こる熱上昇流などを利用できれば、さらに伸びます。
上昇型竹とんぼ
翼の傾きを大きくすると、上昇力が大きくなり、高速上昇型の竹とんぼになります。高度を伸ばすのに向いています。その分、エネルギーを消耗するので、回転時間は長続きしません。傾きが大きすぎると、翼が失速してすぐに回転が止まる竹とんぼになってしまいます。世界記録を出した竹とんぼは傾きが４５°くらいのようです。
滞空型竹とんぼ
空気抵抗をなるべく小さく、効率良く揚力（上昇力）を得る翼であれば、回転にブレーキがかからず、滞空時間の長い竹とんぼになります。一般的には、翼の原理から言えば、傾きをあまり大きくしないで、翼の幅は細身の方が揚抗比（揚力÷抵抗）が大きく、効率が良いはずです。また、翼の断面形によっても性能が左右されるでしょう。