マグヌス効果

マグヌス効果 (Magnus Effect) は、一様流中に置かれた回転する円柱又は球が一様流に対して垂直方向の力が働く現象のことである。一般的にはマグナス効果とも言われる。

[編集] 概要

球形の弾丸が飛翔中に曲がる現象に対しての説明として、1852年にドイツの科学者ハインリッヒ・グスタフ・マグヌス (Heinrich Gustav Magnus) によってはじめて認識された。

円柱または球が回転しながら、粘性を有する流体中を一定速度で移動または一様流中に置かれた場合、円柱または球表面に接する流体が粘性によって回転運動に引きずられ、回転速度及び粘性に相応する循環 Γ が周りに発生し、移動方向または一様流に対して垂直の力（揚力）が発生する。

今、2次元ポテンシャル流れを考えると、一定速度または一様流速度を $U$ ，流体の密度を ρ とすれば、発生する力 $L$ は次式で得られる。

$L = ρ U Γ$

上式は2次元ポテンシャルにおいて、循環 Γ を有する翼に生ずる揚力の式と一致する。この式はクッタ・ジュコーフスキーの定理と呼ばれる。

ディンプル（表面のくぼみ）は、物体の臨界レイノルズ数を下げる。つまり、より低い速度で乱流が発生する。乱流は気流の物体表面からの剥離を防ぎ、マグヌス効果を維持する。

そのため、ディンプルはある範囲の速度で（ディンプル球の乱流発生速度から滑球の乱流発生速度まで）、マグヌス効果を増幅させる。（マグヌス効果とは関係ないが、同時に、抗力を抑える効果もある）

ドイツの科学者アントン・フレットナー (Anton Flettner) は、船に帆の代替として回転可能な円柱を取付けた船（ローター船）を設計・製造し、1926年 5月9日に無事ニューヨークに到着し、大西洋横断の航海に成功した。
球技では、ボールがこの効果により落下が遅くなったり、はなはだしく浮き上がったりする。回転の方向を通常（後ろ向き）から変えれば変化球となり、左右に曲がったり、重力以上に落ちたりする。
球体を投射する際にバックスピンをかけると、重力に逆らう揚力が生まれる。これを利用したものに、野球等における直球や、多くのBB弾を使用したエアソフトガンに搭載されている「ホップアップシステム」がある。
風力発電に応用したスクリューマグナス風車による発電方式が開発された。