そろそろアベンジャーズの物理法則について少し話しても問題ないと思います。マーベル・スタジオが公開した壮大な画像にインスピレーションを受けました。下のツイートでご覧いただけます。（マーベルが「公開」したとしても、個人的にはネタバレとは考えていません。）すごいのは、空飛ぶアベンジャーズが勢揃いしていることです。本当にたくさんいます。
はっきりさせておきます。私はスーパーヒーロー映画の大ファンです。マーベル・シネマティック・ユニバースは最高です。まるでコミックの世界が大画面に映し出されたかのようです。それに、これは現実ではないことは分かっています。信じてください、本当に分かっています。でも、だからといって、スーパーヒーローを物理学の視点から見るのをやめるわけではありません。
さて、飛行についてです。アベンジャーズといえば、走るタイプもいれば飛ぶタイプもいます。ハルクはとにかく遠くまでジャンプします。そうそう、スパイダーマンはスイングしてジャンプしますが、飛びません。では、他のアベンジャーズ（ここではコミック版ではなくMCU版のアベンジャーズに限定します）はどのように飛ぶのでしょうか？3つのカテゴリーに分けて考えてみましょう。実は、面白い物理法則を持つカテゴリーは1つだけです。
ウィングフライング
翼を持つ空飛ぶアベンジャーズは、ファルコン、ワスプ、そしてヴァルキリーの3つが思い浮かびます。ファルコンは実にシンプルです。翼と背中のジェットパックを備えています。主に高速移動することで翼の揚力を利用して飛行します。（飛行機の物理特性を説明した私の動画はこちらです。）まあ、ファルコンは基本的にはただの飛行機ですけどね。
ヴァルキリーをご存じない方のために説明すると、彼女はアスガルドの戦士です（初登場は『マイティ・ソー：バトルロイヤル』です）。厳密に言うと、彼女は空を飛びません。ペガサス、つまり翼を持った馬に乗っています。ペガサスは鳥のように飛ぶと言ってもいいでしょう。もちろん、翼幅が広すぎて馬とヴァルキリーの両方を運ぶのに十分な揚力は得られないので、何か別のことが起こっているはずです。それでも、私は彼女が翼（そして少しの魔法）で飛んでいるとだけ言っておきましょう。
ワスプは実際には翼（とおそらく何らかのスラスター）だけを使っています。明らかに翼を動力源としています。
魔法と科学の飛行
次のグループには、ヴィジョン、スカーレット・ウィッチ、ソー、ドクター・ストレンジ、キャプテン・マーベルといったヒーローがいます。確かに、彼らは飛行の仕方がそれぞれ大きく異なりますが、ある意味では共通点もあります。物理学に基づいた説明が存在しないという点で、彼らは同じなのです。ただ、ただ機能しているだけなのです。
まあ、ソーはハンマーを投げて掴まることで空を飛べると言えるかもしれない。しかし、それでは飛行中に方向転換できない。また、ヴィジョンは密度を異常に低くすることで、浮くほどに低くすることで離陸できるのではないかと思う。正直、よく分からない。
それ以外の鳥は、明確な飛行メカニズムがないので、好きなように飛ぶことができます。私はそれで全く問題ありません。
スラスト飛行
さて、最後のグループです。これらはアイアンマンのような飛行士たちです。彼らは足、手、あるいはその両方から何らかのロケット推進力を得て飛行します。ウォーマシン、ペッパー・ポッツ（ネタバレ注意）、そしてスター・ロードなどがこれにあたります。これらのスラスターの正確な仕組みは分かりませんが、エンジンから何らかの質量を噴射することで力を生み出しているものと推測します。これは通常のロケットエンジンの仕組みであり、ジェットエンジンも同様です。
しかし、これらのスラスターが実際に力を生み出すと仮定しましょう。さあ、飛行について話しましょう。まずは一定速度で飛行したいとしましょう。一定速度飛行とは加速度がゼロになることを意味し、加速度がゼロであることを意味します。そうです、一定速度で飛行することは、物理学の観点から言えば、地面に立っているのと同じです。二次元では、正味の力について以下の式を使用できます。
レット・アラン
飛行中のスター・ロードと、それに作用する力について考えてみましょう。下の図は、スター・ロードが一定速度で飛行している様子と、それに作用する力を示しています。
レット・アラン
スター・ロードには2つの重要な力が働いています。下向きの重力と推力です。推力はロケットの方向に押し出しています。これはもうお分かりでしょう。（今のところは）力だけを見ているので、この2つの力は質量中心（図の赤い点）に作用しているかのように描いています。
しかし、ここで問題が見えてくるかもしれません。どうすれば、垂直方向と水平方向の両方で、この2つのベクトル力の合計をゼロにできるのでしょうか？もちろん、推力の上向きの成分が下向きの重力を打ち消すので、垂直方向の正味の力はゼロになることがあります。しかし、水平方向ではそうではありません。前向きの推力成分しかなく、それを釣り合わせるものは何もありません。もしこれが正しい力の図式だとしたら、スター・ロードは等速度で飛行するのではなく、前方に加速するはずです。
確かに、スター・ロードの飛び方は（物理学的に）間違っているが、それでもかっこよく見える。問題は、力と運動の本質が混同されていることにある。ほとんどの人は、一定の速度で移動するには、常に前方に押し出す力が必要だと考えている。現実世界では、それはすべて理にかなっている。車を一定の速度で運転したいなら、アクセルペダルから足を離さないようにする必要がある。ソファを床に押し出すなら、押し続ける必要がある。私たちはよくこれを目にする。物を押すのをやめれば、物は止まる。これはアリストテレスが力について考えていた方法だが、彼は間違っていた。
問題は、物体にはほとんど常に別の力が働いているということです。その力とは摩擦力です。これは、2つの表面が擦れ合う際に生じる、後方に押す力です。前方に押す力を取り除いても、摩擦は依然として存在し、物体は減速して停止します。ちなみに、空中にいる場合は空気抵抗も作用します。空気抵抗も運動と反対方向に押します。つまり、前方に押す力がないと物体は停止するというのは、一見理にかなっているように思えます。
なるほど、スター・ロードはかなりの空気抵抗を受けているのかもしれませんね。さて、答えは「いいえ」です。それは無理です。空気抵抗が大きな要因となるには、ジェット機並みの速度で飛行している必要があり、揚力も発生します。低速では、この仕組みが機能するには、密度を極端に低くするしかありません。こちらは、同じ飛行上の欠陥を抱えるR2-D2の飛行時の密度の計算です。
すべてが力の問題だと思っているなら、それは間違いです。スラスターを搭載したアベンジャーが一定速度で飛行するには、他に考慮すべき点があります。均衡状態を保つためには、スーパーヒーローは正味の力とトルクの両方をゼロにする必要があります。一体トルクとは何でしょうか？最も単純なレベルでは、トルクは回転力のようなものです。トルクは力だけでなく、その力がどこに作用するかによっても異なります。トルクの簡単な式は次のとおりです。
レット・アラン
この式では、τ（ギリシャ文字の「タウ」）がトルクです。力（F）から回転点までの距離はr、力と距離の間の角度はθです。
では、物体（あるいはスーパーヒーロー）が回転平衡状態にあるとき、トルクをゼロにするにはどうすればよいでしょうか？鉛筆で試してみましょう。鉛筆を斜めに持ちます。そして、片方の端を指で押し上げます。鉛筆が倒れないように、別の場所にもう1本の指が必要なことにお気づきでしょうか？鉛筆を固定すると、こんな感じになります。
レット・アラン
消しゴム側（左端）をトルク計算の点とすると、ゼロではないトルクが2つ存在します。左指が押し上げる時計回りのトルクと、重心を引っ張る重力による反時計回りのトルクです。合計トルクをゼロにするには、少なくとも2つの異なる回転方向のトルクを組み合わせる必要があります。
さて、スター・ロードに戻りましょう。注：スター・ロードは足にスラスターしか搭載していないので、ここではスター・ロードを例に挙げています。ご安心ください。他のスラスターについては後ほど説明します。こちらは、スター・ロードが等速度で移動しているときの最新の力の図です。
レット・アラン
唯一の変更点は、推進力を中央から足元へ戻したことです。しかし、これはトルクの問題を引き起こします。足を回転点とした場合（どの点でも構いません）、回転点までの距離がゼロなので、スラスターはゼロのトルクを発生します。つまり、重力によるトルクは時計回り方向のみに作用することになります。反時計回りのトルクがなくなると、スター・ロードがその姿勢を保ち、かっこよく見えるようにすることは不可能になります。
実は、物理学を使ってこれを実現するには2つの方法があります。1つ目は空気抵抗を加えることです。スター・ロードが十分な速度で飛行していれば、空気抵抗によって十分な力（上の図では左方向の力）が生み出されます。この力は反時計回りのトルクを生み出し、スター・ロードをそのクールな姿勢に保てるはずです。
これを機能させる2つ目の方法は、加速を使うことです。そうです、スター・ロードを加速させれば、すべてが2つの力（推力と重力）だけで機能します。これを説明する最も良い方法は、偽の力を使うことです。通常、力とは2つの物体間の相互作用であり、その力の和が物体を加速させます。しかし、これはそれ自体が加速していない基準系でのみ機能します。
加速する基準系（スター・ロードと一緒に移動する基準系など）を使用する場合は、擬似的な力を加える必要があります。これは、正味の力を加速度に関連付けるためだけのものであり、実際には2つの物体間の相互作用ではないため、擬似的な力です。この擬似的な力の大きさは、物体の質量に基準系の加速度を乗じた値に等しく、方向は基準系の加速度の逆方向になります。
正直に言うと、あなたは偽の力について既によく知っています。なぜなら、あなたはいつもそれを使っているからです。車に乗っていた時のことを覚えていますか？アクセルを踏むと車が加速し始めました。何を感じましたか？ええ、シートに押し戻される力を感じました。しかし、それは本当の力ではなく、偽の力です。車の基準系で何が起こっているのかを理解する目的で、あなたの心がその力を作り出したのです。それでも、それは偽の力です。
次は、加速するスター・ロードの最新の力図です。
レット・アラン
この偽の力によって、すべてがうまく機能します。スター・ロードの基準系では、推力の水平成分を釣り合わせるために後方に押す力が働きます。また、この偽の力は反時計回りのトルクを発生させ、正味トルクをゼロにします。すべてがうまく機能します。
でもちょっと待ってください！この擬似的な力の実際の例を見せてみませんか？加速するカートに傾いた定規を乗せてみましょう。このカートの基準座標系では、定規は「倒れる」ことはありません。さて、ここでいくつか詳しく説明しましょう。この動作を動作させるには、定規ではなくカートを加速させる力が必要です。カートをそのまま斜面を転がすだけではうまくいきません。この場合、滑車から大きな質量がぶら下がっています。この質量から伸びる紐を水平のカートに結びつけることで、カートを加速させます。（これはハーフ・アトウッド・マシンと呼ばれます。）カートの加速度と定規にかかる擬似的な力に基づいて、定規が倒れない適切な傾斜角を（宿題として）計算できます。ヒント：カートの加速度は5 m/s 2でした。
さて、実験です。カートの上に小さな白い紙が置いてあります。これは定規を支えているわけではありません（薄すぎるので）。定規を正しい角度で保持するための角度測定用です。ちなみに、これはスローモーションです。
レット・アラン
この投稿は、あの実験を見せるためだけに書いたのでしょうか？もしかしたらそうかもしれません。カートはコースの端から飛び出してしまったのでしょうか？もちろんです。でも、心配しないでください。誰かがそこにいて、それを受け止めてくれました。
では、他のスーパーヒーローはどうでしょうか？アイアンマン、ウォーマシン、ペッパーも推進力を得るために手を使います。彼らは依然として加速の問題を抱えており、等速で移動するにはかなりの空気抵抗が必要になります。しかし、もしかしたら彼らの手の推進力は回転平衡の問題を解決してくれるかもしれません。
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