No.3ベストアンサー
- 回答日時:
終端速度と呼ばれていますね。
粘性のある媒質中を運動する物体には、抵抗力がかかります。空中の場合は空気の抵抗力、水中では水の抵抗力です。
この抵抗力の大きさは、媒質の粘性、物体の表面積などに関係しますが、それより大切なことは、物体の速度が大きくなればなるほど大きくなるということです。
で・・・・・
雨やダイバーの場合
下向きの重力により、しだいに速くなりますが、抵抗力もしだいに大きくなり、やがて、抵抗力=重力となります。この段階で加速が止まります。つまり、一定の速さになります(終端速度)。
スカイダイバーの場合は200km/時ぐらいだと聞いたことがあります。
水中の泡の場合
泡が発生したとき、浮力の方が重力より、大きいために、泡には上向きの加速度が生じて速度が大きく(しだいにスピードがついて)なります。それにともなって抵抗力も大きくなり、最終的には
浮力=重力+抵抗力
となり、つりあいの状態になります。ここで上昇速度が一定(加速が止まる)になります。
ただ、泡は上に上がるに従っって体積が大きくなり、浮力も大きくなります。従って終端速度に達するのかどうか、は検討の余地がありますね。
泡がぷくぷくと上昇するとき、どんどん速くなってそのまま水面に達するような気もしますね。そのあたりはよくわかりません。
ちなみに、
浮力=泡と同じ体積の水の重さ
重力=泡(気体)の重さ
です。
ストークス、終端速度 などで検索してみてください。
下のサイトの□の中に数字を入れたら計算できるみたいですよ!!
<<重力分のエネルギーは何になっているのでしょうか?>>
これは摩擦による熱の発生・空中で服などがばたばたといったり、水の泡がプクプクいったりする音のエネルギー(服や空気や水の振動エネルギー)等になってしまう というのが一般的な考えです。
参考URL:http://irws.eng.niigata-u.ac.jp/~chem/itou/ce/te …
No.4
- 回答日時:
運動方程式は、下をプラスとして、
mα=Fg-Faです。
ここで重力Fgは一定ですが、空気摩擦力(抵抗力)Faは速度Vと共に増加します。
落ち始め等は、Fg-Fa>0でα>0であり、加速して落ちます。
次第に速度Vが大きくなると、Fg-Faは小さくなり、αは小さくなり、加速を小さくしながら落ちます。
遂にある速度Vlで、Fg-Fa=0、α=0となり、即ち一定速度(Vl)の落下になります。
(運動方程式がmα=0になったこと)
重力分のエネルギーは、式的には、
Fg・Δx-Fa・Δx=0
で、
重力分の失うエネルギーFg・Δxは、空気摩擦熱などのエネルギーFg・Δxになります。
水中の泡の動きでも同じです。
No.2
- 回答日時:
加速度(重力加速度)と空気抵抗(速度の2乗に比例)が同じになった時点で速度は一定になります。
この速度のことを均衡速度といいます。これは、加速と抵抗が均衡する速度のことで、車や鉄道など、走行抵抗の方が大きい場合にも使います。雨滴の場合は、変形が大きいのでかなり小さくなります。
泡の場合は、浮力と重力加速度が均衡した速度になると思います。
この回答へのお礼
お礼日時:2006/12/18 19:56
ご回答いただき、ありがとうございました。
なるほど、「均衡速度」ですか。
空気抵抗は速度の2乗に比例する、
というところが味噌なのですね。
スッキリしました!
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