実験結果

今回の実験で使用したカメラの動画の記録設定は120p, 60Mなので、1秒間の動画が120枚の画像でできており、ビットレートが約60Mbpsである。
よって1フレームあたり1/120=0.00833…≃0.00833秒となる。測定の結果、ドライヤーは1フレームで1.1cm球が移動したため風速は \[1.1/(8.33 \times 10^{-2}) \simeq 1.32 \times 10^2 \simeq 1.3 \times 10^2\rm{cm/s} = 1.3\rm{m/s} \] 2気圧の窒素ガスは1フレームで9.5cm球が移動したため風速は \[9.5/(8.33 \times 10^{-2}) \simeq 1.14 \times 10^3 \simeq 1.1 \times 10^3\rm{cm/s} = 11\rm{m/s} \] となり窒素ガスの風速は11m/sとなった

また、風車の図形を簡略化しそれぞれの表面積を求めた。
6枚羽 \[ 4.95 \times 7.85 \times \frac{1}{2} \times 6 \times 10^{-4} = 1.17 \times 10^{-2} \rm{m^2} \] よって6枚羽の表面積は\( 1.165 \times 10^{-2} \rm{m^2} \)となった。

4枚羽(大) \[ (4.8+8.1) \times 4.2 \times 4 \times \frac{1}{2} \times 10^{-4} = 1.083 \times 10^{-2} \rm{m^2} \] よって4枚羽(大)の表面積は\( 1.08 \times 10^{-2} \rm{m^2} \)となった。

4枚羽(小) \[ (3.35+5.25) \times 2.35 \times \frac{1}{2} \times 4 \times 10^{-4} = 4.402 \times 10^{-3} \rm{m^2} \] よって4枚羽(小)の表面積は\( 4.04 \times 10^{-2} \rm{m^2} \)となった。

3枚羽 \[ (4.65 \times 3.10 \times \frac{1}{2} + 3 \times 2.15 \times \frac{1}{2})\times 4 \times 10^{-4} = 3.129 \times 10^{-3} \rm{m^2} \] よって3枚羽の表面積は\( 3.129 \times 10^{-2} \rm{m^2} \)となった。

それぞれ求めた表面積、式(2)を用いて、単位時間当たりの運動エネルギーを求めた。(結果は表1-3に記載)
このとき、かざぐるまを横切る風の運動エネルギーとして考えている。そのため、風がかざぐるまを横切る前の運動エネルギーは0として定義している。

表1 それぞれのかざぐるまの変換効率(ドライヤー) 実験結果(ドライヤー)
表2 それぞれのかざぐるまの変換効率(窒素ガス)[1回目] 実験結果(窒素ガス1回目)
表3 それぞれのかざぐるまの変換効率(窒素ガス)[2回目] 実験結果(窒素ガス2回目)