台風のときの風圧ってどのくらい？【流体力学的解説】

最近は風の強い日が多いですね。

特に台風など強い風によって建物が崩れたり、電車が止まったりしてしまうと、非常に困ると思います。

ところで風から受ける力はどのように表されるのでしょうか。

今回は風から受ける力である、風圧について解説していきたいと思います。

風圧とは？

風圧とは、文字通り風から受ける圧力になります。

圧力なので、単位は[Pa]または[N/m²]となり、同じ風速の風を受けていても、面積が大きいほど受ける力は大きくなります。

ニュースなどで、よく台風の時に傘が飛ばされる映像があると思いますが、これは傘を開いたとき、風を受ける面積が大きいので飛ばされてしまいます。

よって、風で飛ばされるという現象は、風から与えられる圧力と面積の積が、固定する力よりも大きいと発生します。

風で飛ばされるときの条件を数式で表すと以下のようになります。

風圧の大きさは？

では風圧自体はどのように計算するのでしょうか。

風圧は以下の式で表されます。

ここで風力係数は風を受ける物体の形状や風上・風下などの配置によって変わります。

今回は簡単に$C=1$として考えます。

空気の密度は$ρ=1.29$[kg/m³]として、風速は強い階級の台風時の最大風速$33$[m/s]とします。

このときの風圧は約$702.4$[Pa]となります。

このように、風圧は風速と密度によって決まります。

そして風速は2乗で計算されるので、1m/s上がるだけでも、風圧は大きく変わってきます。

台風の時に傘が受ける力は？

ここで、台風のときに傘が受ける力の大きさを考えてみます。

傘を直径$1$[m](＝半径$0.5$[m])の半球型と仮定して表面積を計算すると、傘の面が受ける力は以下のようになります。

風圧は先ほど計算した$702.4$[Pa]を使用しました。

$702.4$[Pa]$×(4π×0.5^2)/2≒1103.3$[N]

このように台風の時には約$1103.3N$の荷重がかかります。

イメージしやすいように単位を[kg]に直すと、約$112.6$[kg]となります。

最大風速で計算していたとはいえ、台風時の外出がいかに危険か分かったと思います。

風速の参考元サイト

www.jma.go.jp

まとめ

いかがだったでしょうか。

今回は台風の風圧について解説してきました。

まとめると以下のようになります。

からす

本サイトの管理者

機械系の大学院を卒業して、機械設計の仕事をしているサラリーマンです。 機械設計の知識全般を本サイトを通じて発信しています。