No.3ベストアンサー
- 回答日時:
追記.
>q0は風呂桶の形から大体もとまりますが,
>Cを求めるためには実験が必要です.
と書きましたが,#1さまおっしゃる損失や,
あと円筒形の配管ですと半径方向に流速が分布を持ちますので,
実際の現象を表現するには実験が必要,と言う意です.
理想を仮定すると,#1さまの書かれた位置エネルギーが運動エネルギーに
変換されるエネルギー保存の式を用いれば,理論的に数式で表せます.
回答ありがとうございます。
mermaid2004さんが回答してくれたものとは違う方程式になるんですね。時間を計ってCの値を求めてみ対と思います。
また何かあったらよろしくお願いします。
No.4
- 回答日時:
理論的にいうならベルヌーイの定理(下記URL参照)
を用いればいいのです。
曰く、粘性が無く密度の変化が無い完全流体とした場
合、一つの流線において以下の式が一定になります。
p+ρv^2+ρgh = (一定)
ρ:流体密度
g:重力加速度
h:高さ
p:圧力
風呂の水面と栓の部分の大気圧の差は小さいとして
0とするとpの差も0といえます。
また、風呂の水面の流速を栓での流速よりすっと小
さいとして無視できます。
栓を通る流速をvとして栓から水面への垂直距離を
hとおくと
ρv^2=ρgh
となりv=√gh
でNo1さんの式が出ます。高さのルートに比例する。
粘性を無視していいならこれで正解。(試験とか)
線の部分が長く細い場合は粘性が効きポアイズ流とな
ります。この場合、流速は水面の高さ(線の部分にか
かる水圧)に比例し、No2さんの式がでます。
このように状況の応じて2通りの答えがでてしまいま
す。No2さんのいうように実験してみないとわから
ないということでしょう。
参考URL:http://www002.upp.so-net.ne.jp/a-cubed/bernoulli …
回答ありがとうございます。
mermaid2004の回答を丁寧に解説してもらえてとてもわかりやすかったです。
今回は試験というわけではないので、実験をしてみたいと思います。
また何かあったらよろしくお願いします。
No.2
- 回答日時:
ざっと微分方程式で書けば,
dq/dt = - C * q
qは風呂の水の残量で,
dq/dtは単位時間当たりの流出量になります.
Cは比例係数,右辺にマイナスが付いているのは「減る」ことを意味します.
この形の微分方程式の解は,指数関数になります.
即ち,
q = q0 * exp(-C*t)
Dも比例係数です.q0はt=0のときの風呂の水の量です.
この指数関数の挙動は,
t=0,q0からスタートして,だーっと勢い良く流れ出ていたものが,
時間が経つに連れて(即ち,残量が減るに従って)段々と流出量が緩慢になる,
と言うものになります.
同じようなものに,コンデンサに蓄えられた電気が流出する場合があります.
要は,流出量が残量に依存する場合,に相当します.
水が抜ける時間を求めるためには,q0と比例係数Cの値が必要です.
q0は風呂桶の形から大体もとまりますが,Cを求めるためには実験が必要です.
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