抗力
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テンプレート:出典の明記 抗力（こうりょく）は、流体（液体や気体）中を移動する、あるいは流れ中におかれた物体にはたらく力の、流れの速度に平行な方向で同じ向きの成分（分力）である。流れの速度方向に垂直な成分は揚力という。
追い風で水面をかき分けて進んでいる帆船は、空気から進行方向の抗力を、それより弱い逆方向の抗力を水から受けている。また、レーシングカー等では揚力でダウンフォースを発生させている。抗力も揚力もケースバイケースで、その方向が字義通りではない場合があるので注意が必要になるときがある。
数学的表現
抗力は物体の相似比の2乗（あるいは投影面積）に比例する。また、レイノルズ数が小さいときは速度に、大きいときは流体の密度と流速の2乗に比例し[1]、後述する抗力係数 CD を用いて以下のような数式モデルで表されるのが一般的である。このモデルは係数が異なるだけで揚力と同形式である。
- <math>
D = {1 \over 2} \rho V^2 S C_\mathrm{D} </math> ここで
抗力係数
抗力係数 CD は、抗力を動圧 <math> {1 \over 2}\rho V^2</math> と代表面積 S で無次元化したもので、流れに対する物体の形状（迎え角）・流体の粘性・流れの速さ（レイノルズ数）、マッハ数によって変化する。
いくつかの単純な形状に対する抗力係数を次の表に示す[2]。球体に対する抗力係数については終端速度を参照のこと。
| 物体形状 | 抗力係数 | レイノルズ数 |
|---|---|---|
| 円柱 | 1.2 | 103 - 105 |
| 角柱 | 2.0 | > 104 |
| 半円筒（凹） | 2.3 | > 104 |
| 半円筒（凸） | 1.2 | > 104 |
| 楕円柱（長径：短径 = 2 : 1） | 0.6 | 104 - 105 |
| 半球（凹） | 1.33 | > 104 |
| 半球（凸） | 0.34 | > 104 |
| 円錐（頂角60°） | 0.51 | > 104 |
| 円錐（頂角30°） | 0.34 | > 104 |
抗力の成分
抗力（ないし抗力係数）を以下のような成分に分けて考えることがある。誘導抗力については、翼端のある三次元翼ないしは翼を含む構造物（固定翼機、回転翼機など）、あるいはリフティング・ボディのように、揚力を発生する物体について考える。
物理的要因による分類
- 誘導抗力（lift-induced drag, induced drag, drag due to lift）
- ファイル:Induced Drag.png誘導抗力発生の原理： 図は翼周りの流れ場を a は前方、b は左翼側から見ている（非粘性流れを想定）。1. 翼端渦, 2. 吹き下ろし, 3. 一様流, 4. 局所流, 5. 局所流の揚力, 6. 一様流の揚力（いわゆる揚力）, 7. 誘導抗力
- ファイル:LS6.jpg細長い翼をもつグライダー。アスペクト比は20程度
- ファイル:Daedalus-human-powered-aircraft.jpg世界記録を持つ人力飛行機、MIT Daedalus（ダイダロス）。アスペクト比は約38
- 翼端を持つ三次元翼（つまり、一般の翼）において、揚力の発生に伴って発生する抗力。
- 揚力が生じているとき、翼上面は下面よりも圧力が低くなっているため、翼端では下から上へと回り込む渦(翼端渦)が発生している。この渦の持つ下向きの速度(吹きおろし downwash)によって、一様流は翼付近で下向きに傾いているため、流れに垂直に生じる揚力も下流方向に傾くことになる。この、局所流によって生じた傾いた揚力の、一様流に平行な成分が誘導抗力となるのである。[3][4].
- 翼がより細長く、つまりアスペクト比が大きくなる（二次元翼に近づく）につれて、翼全体に対して翼端が占める割合は小さくなり、吹き下ろしの影響も小さくなる。したがって、誘導抗力を低減することができる。亜音速の飛翔体では、十分に流線形をしている限り圧力抗力は小さく、一方で摩擦抗力の大幅な低減は難しい。そこで、誘導抗力を減らすためにアスペクト比 (AR) を大きく（翼を細長く）する努力が払われることが多い。この極端な例がルータン ボイジャーやヘリオス、あるいはグライダーや人力飛行機といった機体であり、AR = 40 近いものまで存在する。
- ウィングレットは誘導抗力を減らす。
- 有害抗力（parastic drag, parasite drag）
- 揚力の有無には無関係に存在する抗力。干渉抗力と形状抗力とに大別される。
- 造波抗力（wave drag）
- 衝撃波による抗力。
力の向きによる分類
- 圧力抗力
- 物体表面に垂直な力に起因する抗力。せん断力による形状抗力以外の抗力はすべて圧力抗力である。
- 摩擦抗力
- 物体表面に沿った力に起因する抗力。せん断力による形状抗力に等しい。
