タンポポの綿毛は、すき間だらけなのになぜゆっくり落ちる？

タンポポの綿毛をよく見ると、白い布が張ってあるわけではありません。細い毛の間は、ほとんどがすき間です。それでもゆっくり落ちるのは、毛の並びが空気の通り方を変え、大きな空気抵抗を生むから。綿毛の上には、輪の形をした空気の渦もできます。

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結論｜すき間が、空気の流れを整える
綿毛の働きを5つに分けて見る
すき間は、多いほどよいのか
よくある疑問
まとめ｜毛の並びが、周りの空気まで変える
参考資料

綿毛と一緒に降りる視点。同じ緑の粒で、周囲の流れ、毛の近くの減速、上方の循環を示す。 — 綿毛と一緒に降りる視点です。粒は周囲ではすっと進み、毛の近くでは遅くなって外側へ回り込みます。上方では、同じ色の粒が渦の断面を回ります。粒は空気の動きを見せるための目印です。粒の大きさ・数・速さや綿毛の揺れは模式表現で、実測や数値解析の再現ではありません。

結論｜すき間が、空気の流れを整える

綿毛の細い毛は、空気をそのまま素通りさせません。毛の近くで流れが遅くなり、隣り合う毛の影響が重なることで、冠毛全体を通る流れが抑えられます。その周囲には安定した渦を伴う流れができ、少ない材料でも落下を妨げる大きな力を生みます。1

綿毛の働きを5つに分けて見る

① ほとんどが空間

冠毛を上から見た模式図。面積の約92%がすき間。 — 毛とすき間を上から見た模式図。冠毛の投影面積の約92％が空間です。

白い綿毛の部分は「冠毛（かんもう）」と呼ばれ、細い柄を介して果実につながっています。セイヨウタンポポ群を調べた研究では、冠毛はおよそ100本の毛からできていました。上から見た冠毛の円形の範囲では、すき間が約92%を占めます。これは面積の割合で、通り抜ける空気の割合ではありません。1

② 毛の間を通る流れを絞る

毛の近くで空気の流れが遅くなり、毛の間を通る流れが絞られる。 — 毛の断面の間で、空気の流れが遅くなる様子。

空気にも粘性があり、細い毛のすぐ近くでは流れが遅くなります。毛が並ぶと、その影響が互いに重なり、見た目のすき間の大きさほど自由には空気が抜けなくなります。綿毛の働きを理解するには、毛そのものだけでなく、その周りの空気まで見る必要があります。1

③ 渦のある上側は、圧力が低い

冠毛の上方に離れた渦と、圧力の低い領域ができる。 — 冠毛の上方に離れた渦と、その周辺の圧力の低い領域。

落下する綿毛から見ると、周りの空気は下から上へ流れます。毛の間を通る流れは抑えられ、一部は外側へ回り込みます。上側には「分離渦輪」という、冠毛から少し離れた輪状の循環が現れ、その周辺には圧力の低い領域ができます。主図では綿毛と一緒に降りる視点を使い、遠くの流れと、毛の近くで変わる流れを描き分けています。揺れや流速は、特徴を伝えるための模式表現です。1

すき間を持つ構造が後ろ側の流れを安定させることは、冠毛を多孔質の円盤として扱った解析でも調べられています。2

④ 上下の圧力差が、落下のブレーキになる

上から押す力が弱く、上下の圧力差が落下に逆らう上向きの力になる。 — 上側から押す力が弱く、上下の圧力差が上向きの力になる模式図。

空気の圧力は、物体を押す力として働きます。冠毛の上側の圧力が低いと、上から下へ押す力は弱くなります。下側から押す力との差を考えると、差し引きで上向きの力になり、下向きの落下を妨げます。これが空気抵抗に寄与する、圧力差の働きです。細い毛には、空気の粘性による抵抗も働きます。図の矢印は力の向きと大小を示す模式図で、実測比ではありません。1

渦が単独で綿毛を引っ張るというより、毛が流れを制限することで、渦と低い圧力を伴う流れが生まれる関係です。静かな空気中では、空気抵抗と重力がつり合う速さに近づきます。力がつり合っても止まるわけではなく、ほぼ一定の速さで落ち続けます。