遠心力 $F_c = m\omega^2 r$ と重力を合成した実効重力をリアルタイム可視化。回転参照系と慣性系を切り替えてg力を体感しよう。
回転参照系（回転する人から見た視点）で働く見かけの力、遠心力の大きさを表します。質量が大きく、角速度が速く、回転半径が大きいほど、強い遠心力が働きます。
$$F_c = m \omega^2 r$$$F_c$: 遠心力 [N], $m$: 物体の質量 [kg], $\omega$: 角速度 [rad/s], $r$: 回転半径 [m]
下向きの重力加速度 $g$ と、遠心力による加速度 $\omega^2 r$ をベクトル合成した、回転体上の人が実際に感じる「実効重力加速度」の大きさです。シミュレーターの青い矢印の長さに対応します。
$$g_{eff}= \sqrt{g^2 + (\omega^2 r)^2}$$$g_{eff}$: 実効重力加速度 [m/s²], $g$: 重力加速度 (9.81 m/s²), $\omega^2 r$: 遠心加速度 [m/s²]
モータースポーツ・航空機のパイロット訓練：コーナリングや急旋回時に乗員にかかるg力を予測・評価します。高いg力は血流の変化や意識喪失（G-LOC）を引き起こすため、訓練や装備設計にこの計算が不可欠です。
遠心分離機の設計：生化学の実験室や工場で、液体中の成分を分離するために使用されます。シミュレーターで再現できるような高い回転速度をかけることで、数万Gという巨大な実効重力を発生させ、微小な粒子を沈殿させます。
遊園地のアトラクション設計：メリーゴーラウンドやコーヒーカップなど、回転を利用したアトラクションでは、お客様が体験する「押し付けられる感覚」を設計するために遠心力計算が使われます。安全でかつスリリングな体験を作り出します。
人工重力を発生させる宇宙ステーションの構想：無重力空間で人体に重力に近い負荷をかけるため、巨大な構造物を回転させて遠心力を床面の重力として利用する構想があります。その回転速度と半径の関係を検討する基本計算です。
このシミュレーターを使い始める際、特にCAE初心者がハマりがちなポイントがいくつかあります。まず大きな誤解は、「遠心力」を実際に物体を「引っ張る力」と捉えてしまうことです。先輩エンジニアからよく言われるのは、「遠心力は『慣性の現れ』だ」と考えること。例えば、紐で結んだおもりを回す時、手が感じる張力は、おもりが直進しようとする慣性を紐が引っ張っている結果です。シミュレーターで「慣性系」に切り替えると、青い矢印（実効重力）が消え、代わりに中心向きの力だけが表示されますよね。これが本質です。
次に、パラメータ設定の落とし穴。角速度ωを「回転数[rpm]」で考えたい現場は多いですが、シミュレーターの数式は[rad/s]です。ここを間違えると計算結果が大きく狂います。例えば、1000rpmは $ω = 1000 \times 2π / 60 ≈ 104.7 \, \text{rad/s}$ と換算します。半径1mでこれだと、遠心加速度は約 $ (104.7)^2 \times 1 ≈ 10960 \, \text{m/s}^2$、つまり約1100Gというとんでもない値に。現実の材料ではまず耐えられません。実務では、想定する回転数と半径から発生する応力が材料強度を超えないか、常にチェックが必要です。
最後に、「実効重力の向き」の解釈。青い矢印の方向は、回転体の「床面」に対して垂直な方向を示します。つまり、この矢印の方向が「下」になるように床を傾ければ、乗っている人は普通に立っていられる。人工重力の考え方そのものですね。しかし、この「床面」にかかる負荷は、重力と遠心力の合力です。構造解析をする時は、この合力を面に垂直・接線方向に分解して評価しないと、固定部のボルトが一方向の力だけに耐える設計になってしまい、破損の原因になります。
この遠心力シミュレーターの背後にある物理は、実は様々な工学分野の根幹で活躍しています。まず真っ先に挙がるのはローターダイナミクスです。ターボ機械（タービン、コンプレッサー、ポンプ）の羽根車や、発電機の回転子は、高速回転で巨大な遠心力が発生します。このシミュレーターで「半径」を羽根の先端半径、「質量」を羽根一部の質量と考えると、羽根根部にかかる引張応力の概算がイメージできます。CAEでは、この遠心力負荷に流体からの圧力や振動を重畳して、疲労寿命を予測します。
もう一つの重要な分野は自動車のハンドリング性能評価です。車両が旋回する時、車体全体が「回転体」とみなせます。この時、車両重心にかかる遠心力が「横G」として乗員に感じられ、同時にサスペンションやタイヤには大きな横力が作用します。シミュレーターで角速度ωを「車速÷旋回半径」、半径rを「車両重心から旋回中心までの距離」と置き換えれば、基本的な横加速度が計算できます。より高度なCAEでは、この遠心力による車体のロール（傾き）やタイヤのたわみを連成して解析し、安定性を追求します。
さらに微小電気機械システム（MEMS）の分野でも応用されます。MEMS加速度センサーやジャイロスコープの中には、微小な振動子を高速で振動（回転運動に近い）させるものがあります。このシミュレーターの考え方は、その微小な構造部材に働く見かけの力（コリオリ力なども含む）を理解する第一歩になります。スケールは違えど、回転参照系で働く力の本質は共通しているのです。
このシミュレーターに慣れたら、次のステップとして「回転座標系の運動方程式」そのものを学ぶことを強くお勧めします。ここで体験した遠心力は、回転座標系に現れる見かけの力の一つに過ぎません。完全な式は $$ m\vec{a}_{rot} = \vec{F} - m\vec{ω} \times (\vec{ω} \times \vec{r}) - 2m\vec{ω} \times \vec{v}_{rot} $$ のようになります。右辺の第2項が遠心力、第3項がコリオリ力です。コリオリ力は、回転系内で物体が動くときに初めて現れ、気象学（台風の渦）や弾道学で重要な役割を果たします。
学習の具体的な順序としては、まずベクトルの外積（×）の計算に慣れることから始めましょう。遠心力やコリオリ力の方向は外積で決まります。次に、このシミュレーターの対象を「静止した物体」から「回転系内を動く物体」に拡張してみてください。例えば、回転する円盤の上を中心から外縁に向かってボールを転がすと、ボールは曲がって進みます。これがコリオリ力の効果です。
CAEソフトウェアで実際の解析を行う際は、これらの見かけの力を「慣性力」として明示的に負荷条件に加えるか、ソルバーに回転座標系を指定する方法をマスターする必要があります。次の推奨トピックは、遠心力が構造物に及ぼす応力解析（静的解析）と、回転による振動現象（危険速度、不安定化）の動的解析です。このシミュレーターで体感した物理感覚が、複雑なCAE結果を直感的に理解するための強力な土台になってくれるはずです。