テスラモデルXによるボーイング787の牽引の物理的特性

これはかなりすごいですね。電気自動車が実物大の民間航空機を牽引するなんて、どうやら史上初だそうです。しかも、なんとテスラモデルXがクアンタス航空のボーイング787を牽引しているというのですから。このクルマがすごい理由は山ほどありますが、まずは一番すごい点、つまり物理学の問題から見ていきましょう。

飛行機の質量は重要ですか?

ボーイング787-9ドリームライナーの最大離陸重量は254,000kgですが、この機体は空席状態で130,000kgもありました。確かにかなり巨大ですが、そんなことは問題ではありません。実際、人間は実物大の航空機を牽引することさえできるのです。信じられない？この男はどうでしょう？

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質量は関係ありません。物体に力が1つしかかかっていない場合、その物体は加速します。ここで、（おそらく）自分で試せる例を挙げましょう。桟橋に行き、片足を大きなボートに、もう片方の足を木製の桟橋に置きます。そして、押してください。どうなると思いますか？ボートは動きます（固定されていない場合）。足の小さな力で、ボートは少なくとも少しの間は速度を上げます。しかし、ボートが動き出すと、水の力が速度の上昇を妨げます。

力は物体の速度を変化させます。物体の質量が大きい場合、速度の変化は小さくなるだけですが、それでも変化であることに変わりはありません。つまり、飛行機の質量は実際には重要ではありません。もし他の力が何もなければ、私は航空母艦を押すことができます。しかし、他にも力は存在します。摩擦力です。

飛行機にはなぜ摩擦力が働くのでしょうか？

ほとんどの摩擦力は、地面と平行で、物体の運動とは反対方向に作用する力と考えることができます。飛行機を引っ張る際に作用する摩擦には、実際には2種類あります。車輪と車軸が擦れ合う摩擦力と、転がり摩擦です。タイヤをよく見ると、転がり摩擦がどのように機能するかがよくわかるでしょう。タイヤは丸く見えますが、実際には丸くありません。タイヤの底部は地面に押し付けられているため、他の部分よりも平らになっています。車輪が転がると、タイヤの新しい部分がより平らになる必要があり、このタイヤを変形させるには力が必要です。これが転がり摩擦の基本的な考え方です。

これらの摩擦力（垂直摩擦力と転がり摩擦力）はどちらも、地面が飛行機に及ぼす力に応じて増加するため、ある意味では物体の重量が重要になります。しかし、物体に摩擦力が作用すると、わずかな力では飛行機を加速させることはできません。ゼロより大きい正味の力が必要であり、それがこの計算を難しくしているのです。もちろん、物体の質量（空洞の飛行機）を減らしたり、タイヤの空気圧を上げたり（転がり摩擦を減らす）することで摩擦をいくらか減らすことはできますが、それでも難しいでしょう。

このような巨大な飛行機を引っ張れる車はあるでしょうか?

大型のスポーツ用多目的車（SUV）では、この航空機を牽引することはできないかもしれません。テスラモデルXはSUVですが、電気で駆動するため、内燃機関車とは異なります。電気自動車とガソリン車の大きな違いはトルクです。トルクは、回転力のようなものです。エンジンがタイヤを回転させ、車を前進させる力の尺度です。テスラモデルXは660ニュートンメートルのトルクを発生できますが、フォードエクスプローラーはわずか346ニュートンメートルです。トルクが低いということは、タイヤから前方に押し出す力が小さいことを意味します。しかし、ちょっと待ってください。ズルをすることもできます。ガソリン車に小さいタイヤを装着すれば、同じトルクでより大きな力を得ることができます（ただし、スピードメーターは誤差が生じます）。

テスラの質量は重要ですか?

世界最強のエンジンを持っていると想像してみてください。このモンスター級の乗り物で、何でも引っ張れるでしょうか？いいえ、無理です。問題は摩擦です。何かを引っ張るには、タイヤと路面の間に摩擦力が必要です。

例を挙げてみましょう。巨大な木の塊があり、摩擦力を克服して加速するには1,000ニュートンの力が必要だとします。木塊からスーパーSUVまでケーブルを配線し、車がこの1,000ニュートンの力を引っ張れるようにします。しかし、車には正味の力がゼロより大きくなければなりません。つまり、前方に押し出す摩擦力が、後方に引っ張る1,000ニュートンの力よりも大きくなければならないということです。

しかし、問題があります。車のタイヤから大きな摩擦力を得るには、タイヤを路面に押し付ける大きな力が必要です。この場合、他の垂直方向の力が作用していない場合、車体の重量は路面とタイヤの間に働く力と等しくなります。この重量が小さすぎると摩擦力が十分でなく、タイヤは空転してしまいます。それでは、巨大なブロックを引っ張ることはできません。

このテスラXにも同じことが言えます。軽すぎると摩擦力が足りず、何も引っ張ることができません。幸いなことに、テスラXは約2,400kgとかなりの質量があります。これは決して重いわけではありませんが、極端に低いわけでもありません。

テスラは確かにこのボーイング機を牽引する素晴らしい仕事をしています。これは素晴らしいことですが、他の乗り物でも不可能ではありません。何が素晴らしいのでしょうか？小型飛行機を滑走路上で牽引し、離陸速度まで加速させたらどうでしょうか？それはクールですね。

また、この件は私の初期のブログ記事の一つを思い出させます。フォードのCMを分析したもので、着陸中の飛行機の後部からトラックが飛び出し、その後トラックが飛行機を停止させるという内容でした。その分析はこちらです（かなり古い記事なので、ご注意ください）。

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