たけとんぼの はねを よく 見ると、右と 左で、ぎゃくの むきに すこし ひねって あります。

この ひねりが ある はねを まわすと、はねに あたった 空気が、下の 方へ おし出されます。空気を 下に おすと、その おかえしで、はねは 上に おされます［1］。

くるまの まどから 手を 出して、手のひらを ななめに かたむけると、風の 力で 手が 上や 下に おされます。これと にた ことが、はねの まわりで おきて います。ただし ほんとうは、竹とんぼの はねの まわりで おきて いる ことは、手で 風を うける ことより、もっと こみいって います。

この ひねりの ある はねを つかう あそびは、じつは、ずっと むかしから あったようです。

竹とんぼの羽根をよく見ると、右と左で、逆の向きに少しひねってあります。

このひねりがある羽根を回すと、羽根に当たった空気が、下の方へ押し出されます。空気を下に押すと、そのお返しで、羽根は上に押されます［1］。

車の窓から手を出して、手のひらを斜めに傾けると、風の力で手が上や下に押されます。これと似たことが、羽根の周りで起きています。ただし本当は、竹とんぼの羽根の周りで起きていることは、手で風を受けることより、もっと込み入っています。

このひねりのある羽根を使う遊びは、実は、ずっと昔からあったようです。

竹とんぼの羽根は、右と左で逆向きに、わずかにひねって（ねじって）作られている。この角度は迎え角むかえかくと呼ばれ、飛行機の翼が空気の流れに対して傾いている角度と同じ考え方である［1］。

羽根が回転すると、迎え角のせいで、当たった空気は下向きに流れを変える。羽根の上面は空気の流れが速く、下面は遅くなるため、上面の圧力が下面より低くなり、下から上へ押し上げる力が生まれる。これを揚力ようりょくという［1］。

見方を変えれば、羽根が空気を下向きに押し出した反作用はんさようとして、羽根自身が上向きに押し返されているとも説明できる。作用・反作用の法則である。この「羽根をひねって飛ばす」という発想そのものは、驚くほど古い歴史を持つ。

たけとんぼの ような、はねを まわして とばす あそびは、大むかしの 中国に あったと いわれて います。

320年ごろに 書かれた 中国の 本には、木の 羽根を つかって、空を とぶ のりものの ような ものが しょうかいされて いるのだそうです［2］。

ただし、この 本は もともと ふしぎな はなしを あつめた 本なので、これが ほんとうに とんだ どうぐの ことなのか、それとも たとえ話なのか、学しゃの あいだでも いけんが わかれて います［2］。おなじ ころ、日本でも、にた どうぐが つかわれて いたのかもしれません。

竹とんぼのような、羽根を回して飛ばす遊びは、大昔の中国にあったといわれています。

320年ごろに書かれた中国の本には、木の羽根を使って、空を飛ぶ乗りもののようなものが紹介されているのだそうです［2］。

ただし、この本はもともと不思議な話を集めた本なので、これが本当に飛んだ道具のことなのか、それともたとえ話なのか、学者の間でも意見が分かれています［2］。同じころ、日本でも、似た道具が使われていたのかもしれません。

回転翼で飛ぶ道具の起源として、しばしば引き合いに出されるのが、4世紀の中国・東晋の時代に道士葛洪かっこうが著した『抱朴子ほうぼくし』である。研究者ジョゼフ・ニーダムは、この書物にある「回転する羽根」を思わせる記述を、回転翼のトップ（独楽のような遊具）を指すものと解釈した［2］。

ただし『抱朴子』は道教の神仙思想を説く書物であり、この記述を字義通りの機械の描写と読むか、神仙が乗る空想上の乗りものの比喩と読むかについては、研究者の間でも見解が分かれている［2］。

少なくとも、羽根を回転させて飛ぶという発想そのものは、この時代にはすでに存在していたとみられる。海を越えた日本にも、その痕跡は残っている。

じつは、にた ような 木の どうぐが、日本の むかしの いせきからも 見つかって います。

なら時代(いまから 1300年 ぐらい 前)の、えらい 人の やしきの あとから、たけとんぼに にた 木の せいひんが 出て きました［3］。

木で できた どうぐは、土の 中で くさりやすいので、こんなに ふるい ものが のこって いるのは とても めずらしい ことです。この あそびは、ずっと のちに、とおい ヨーロッパの 国にも つたわって いきました。

実は、似たような木の道具が、日本の昔の遺跡からも見つかっています。

奈良時代（今から1300年ぐらい前）の、位の高い人の屋敷のあとから、竹とんぼに似た木の製品が出てきました［3］。

木でできた道具は、土の中で腐りやすいので、こんなに古いものが残っているのはとても珍しいことです。この遊びは、ずっとのちに、遠いヨーロッパの国にも伝わっていきました。

竹とんぼに似た木製品は、日本国内でも出土している。奈良時代前期の皇族・政治家であった長屋王ながやおうの邸宅跡（奈良市、8世紀）からは、竹とんぼに類似した木製品が出土しており、平安時代や鎌倉時代の遺跡からも同様の出土例が報告されている［3］。

木製品は土中で分解されやすいため、こうした古い時代の遺物が残ること自体が珍しい。長屋王邸宅跡は1986年から1989年にかけて大規模な発掘調査が行われ、約4万点の木簡が出土したことでも知られる［3］。

中国から伝わったのか、日本で独自に生まれたのかは分かっていないが、回転する羽根を飛ばす遊びが、はるか昔から人々を楽しませていたことは確かなようだ。この遊びは、のちに海を越えてヨーロッパにも渡ることになる。

1790年代、イギリスに すむ ケイリーと いう 人が、この たけとんぼのような おもちゃに きょうみを もち、じっけんを かさねました。

もとの おもちゃは、6メートルぐらいしか 上に とびません。でも ケイリーが かいりょうした ものは、なんと 27メートルちかくまで とぶように なりました［4］。

ケイリーの この けんきゅうは、のちの ヘリコプターや ひこうきの プロペラの、いちばん はじめの すがただと 考えられて います［4］。でも、羽根を まわして 空気を おす どうぐなら、家に ある「あるもの」も おなじはずです。

1790年代、イギリスに住むケイリーという人が、この竹とんぼのようなおもちゃに興味を持ち、実験を重ねました。

もとのおもちゃは、6メートルぐらいしか上に飛びません。でもケイリーが改良したものは、なんと27メートル近くまで飛ぶようになりました［4］。

ケイリーのこの研究は、のちのヘリコプターや飛行機のプロペラの、いちばん初めの姿だと考えられています［4］。でも、羽根を回して空気を押す道具なら、家にある「あるもの」も同じはずです。

イギリスの技術者ジョージ・ケイリーは、1790年代から回転翼のおもちゃの実験を重ね、これを「回転する羽根」を意味する独自の呼び名で呼んだ。1809年の論文では、くじらのひげを使った弓形の駆動装置で動く模型を紹介している［4］。

もとの中国由来のおもちゃは20〜25フィート（約6〜7.6メートル）ほどしか上昇しなかったが、1835年までにケイリーが改良した模型は、90フィート（約27メートル）以上の高さまで上昇したと報告されている［4］。

ケイリーの回転翼実験は、のちのヘリコプターのローターや航空機のプロペラの直接の祖先と位置づけられている［4］。同じ原理で羽根を回し、空気を押し出す道具は、実は身近なところにもある。

せんぷうきの はねも、たけとんぼと おなじように、空気を おし出して います。それなら、せんぷうきも 空へ とんで いっても よさそうな ものです。

でも、せんぷうきの はねは、おへやの すみずみまで かぜを とどける ため、空気を 上にではなく 横に おくるように 作られて います。おす 力の むきが、そもそも 上むきでは ありません。

それに くわえて、せんぷうきには おもい モーターと 土台が ついて いて、体ぜんたいが とても おもく できて います。たけとんぼは、かるい 木の はねだけなので、上むきの 力が じぶんの おもさに かちやすく なって います。

おなじ しくみを つかいながら、もっと 大きく くふうして 空を とぶ 道具も あります。

扇風機の羽根も、竹とんぼと同じように、空気を押し出しています。それなら、扇風機も空へ飛んでいってもよさそうなものです。

でも、扇風機の羽根は、部屋のすみずみまで風を届けるため、空気を上にではなく横に送るように作られています。押す力の向きが、そもそも上向きではありません。

それに加えて、扇風機には重いモーターと土台がついていて、体全体がとても重くできています。竹とんぼは、軽い木の羽根だけなので、上向きの力が自分の重さに勝ちやすくなっています。

同じ仕組みを使いながら、もっと大きく工夫して空を飛ぶ道具もあります。

扇風機の羽根も、空気を押し出すことで作用・反作用の法則にもとづく推力すいりょくを生んでいる。摩擦が小さく自由に動ける台に載せれば、理想化した条件のもとでは、風の向きと逆方向にわずかに動き出すと考えられる［5］。

しかし竹とんぼとの決定的な違いは2つある。1つは推力の向きで、扇風機の羽根は部屋全体に風を送るため、迎え角が浅く作られており、推力は水平方向に働く。上向きの力を生む構造にはなっていない。

もう1つは、推力と自重の比、いわゆる推力重量比である。竹とんぼは軽い木や竹の羽根だけでできているため、わずかな推力でも自重を上回り、上昇できる。一方、扇風機はモーターと土台を含む重い構造を持つため、たとえ推力の向きを上に変えたとしても、自重を支えるほどではないと考えられる。同じ作用・反作用の法則から出発しながら、結果がこれほど違うのは、力の向きと、この重さと力の比の、2つの違いによるものである［5］。この限界を、装置の工夫で乗り越えたのが、現代の航空機である。

今の ヘリコプターも、たけとんぼと おなじように、はねを まわして 空を とんで います。

でも たけとんぼと ちがって、ヘリコプターは、とんで いる とちゅうで、はねの むきを すこしずつ かえる ことが できます。むきを かえると、上に おす 力の 大きさや むきを かえられるので、まっすぐ 上に のぼったり、ななめに すすんだり できます［6］。

はねを ひねって 空気を おすと いう、たけとんぼの きほんの アイデアは、今の 大きな きかいにも、しっかり いきて います。

今のヘリコプターも、竹とんぼと同じように、羽根を回して空を飛んでいます。

でも竹とんぼと違って、ヘリコプターは、飛んでいる途中で、羽根の向きを少しずつ変えることができます。向きを変えると、上に押す力の大きさや向きを変えられるので、まっすぐ上に昇ったり、斜めに進んだりできます［6］。

羽根をひねって空気を押すという、竹とんぼの基本のアイデアは、今の大きな機械にも、しっかり生きています。

現代のヘリコプターも、竹とんぼと同じくローター（回転翼）の迎え角によって揚力を生み出している。竹とんぼと決定的に異なるのは、飛行中にローターの迎え角をパイロットが操作できる点である［6］。

全体の迎え角を一斉に変える操作を「コレクティブピッチ操作」、回転中に周期的に迎え角を変える操作を「サイクリックピッチ操作」と呼び、これらを組み合わせることで、垂直上昇・前進・旋回といった自在な飛行が可能になる［6］。

羽根をひねって空気を押し、反作用で持ち上がるという竹とんぼの基本原理は、姿を変えながら現代の航空機にまで受け継がれている。

紙で かんたんな「かみコプター」を つくって みましょう。細長い 紙を きって、下の 方に クリップを つけ、はねの さきを 左右 ぎゃくむきに おります。手で もって、上から はなすだけです。

はねの おりかたを かえると、まわりかたや、おちる はやさが かわります。大人と いっしょに、いろいろな かたちを ためして みましょう。

紙で簡単な「紙コプター」を作ってみましょう。細長い紙を切って、下の方にクリップをつけ、羽根の先を左右逆向きに折ります。手で持って、上から離すだけです。

羽根の折りかたを変えると、回りかたや、落ちる速さが変わります。大人と一緒に、いろいろな形を試してみましょう。

紙コプターで迎え角の効果を確かめる

紙・はさみ・クリップだけで作れる「紙コプター」を作り、羽根の折り角度を変えて落下時の回転数や滞空時間を比較してみる。細長い紙の下部にクリップを付けて重心を作り、上部の羽根部分を切り込んで左右逆向きに折るだけで作れる、物理の授業でも使われる定番の実験教材である。

原典・一次資料を読む

• ケイリーが改良した竹とんぼの高さ（90フィート）が、身の回りの何メートルくらいに当たるか、解説記事の数値から計算してみる。［4］
• ヘリコプターのローターが「まっすぐ上」と「斜め前」をどう切り替えているのか、コレクティブピッチ・サイクリックピッチという言葉を手がかりに図解を探してみる。［6］