はじめまして、青森県立青森高等学校の二本柳蒼生です。私は自然科学部に入部しており、風力発電について研究しています。初めて書くので拙い文書かもしれませんが、お付き合いお願いします。
「次元解析」。響きがかっこいいですね。ここではそんな「次元」について記したいと思います。
そもそも次元とは、ちょーざっくりとした説明だと、ある物理量の単位の種類ということです。例えば、〔mm〕も、〔km〕も、〔nm〕も、全て同じ「長さ」を表す単位です。なのでこれらの次元は同じということになるのです。次元の種類は、長さのL、質量のM、時間Tです。
さて、本題のWind Kinetic Energy、風の運動エネルギーについてです。普段使うような運動エネルギーの式は、
この式だと思います。この次元について考えてみましょう。速度は変位を時間で割ったものなので、
となります。しかし、風の運動エネルギーはそう簡単にいきません。風の場合は、
このようになります。ここで、「次元」について考えてみましょう。
このようになります。同じ物理量は必ず同じ次元でなければならないのに、これではまずいですね。
風の質量の考え方はこの図のようになっていて、面積に長さ、すなわち速度と時間の積を掛けて風の体積とします。結論としては、風の運動エネルギーのTの次元も-2です。これを知った時、私はとても痺れました。
これにて議論は終わりになります。物理に興味があったとしてもなかったとしても、高校生には必要の無さそうなものですが、将来研究職に就くときは注意していきたいものですね。
投稿者 : 青森県立青森高等学校
