水中での推進力について勉強しているのですが、、、
ヒトが水中を泳いだり船が移動したりなど、水中で移動するとき(水中だけじゃないのかもしれませんが)、速度を加速・減速をさせて進むより、速度を一定に保った方が、効率よく移動できますよね??(間違っていたらすいません)
これは、なぜ効率がいいのか教えて下さい。
水の表面なら造波抵抗が関係するのでしょうか?または、慣性の法則が働くのでしょうか?ヒトの場合、水の抵抗は速度の2乗に比例するというのを聞いたことがあるのですが、これも関係するのでしょうか?
素人ですので、参考になる文献やサイトもわかれば、教えていただけるとありがたいです。
よろしくお願いいたします。
No.1ベストアンサー
- 回答日時:
これは難しい問題だと思っています。
もちろん、私が知らないだけで、知っている人には簡単かもしれません(船舶工学辺りに詳しい人とかかもです)。ヒト限定で申し上げておくと、オリンピックを含めた競泳競技で、ずっと水中で泳ぐことが禁止されています。
ルール上の変遷では、平泳ぎが特に激しかったのですが、実は平泳ぎでは、できるだけプール底近くの水中で泳ぎ続ける方が速いのです。
これは背泳でもそうで、水中でドルフィンキック(バタフライのように両脚を揃えて水を蹴る)で進むと、水上で腕も使うより速いのです。
もちろん、呼吸できないので、100メートルでもメリットデメリットを考える必要はありますが、息さえ続けば水中が有利です。
これは、水上では波を立ててしまうからです。波を立てるということは、その波のエネルギーを与えているということになります。
これが、競泳記録に影響するほど大きいわけです。背泳で、水上では水中で有効なドルフィンキックを使わないのは、立てる波が大きくなり、ロスが大きいのです。
動力船ですと、スクリュー以前には、船の両側に大きな水車のようなものを回す方式がありました。これが廃れたのは、やはり波にエネルギーを奪われ、水中であまり波にエネルギーを奪われないスクリューより効率が悪かったのだろうと思います。
水中だけですと、乱流が無いと仮定すると(あると考えると実験するしかない程複雑)、速度が大きいほど抵抗が高いことになります。
ある距離を行くとして、推進力と距離の積が必要なエネルギーになります(本当はそれ定積分になるわけですが)。
これが速度に正比例(粘性抵抗)ですと、つまり1乗ですが、定性的に見て、速度が2倍なら、所要時間が半分で、速度を保つ力は2倍であることから、速度によらず同じであることになります。
しかし、速度の2乗に比例(慣性抵抗)ですと、1乗より大きくなります。2乗は、最初こそ1乗より小さいわけですが(0<x<1なら、x>x^2)、そこまでの低速度は事実上考えないでしょうし、そこまで低速度なら正比例(粘性抵抗)の範囲でしょう。
定量的には、速度変化を仮定して定積分する必要がありますが、定性的には水中では速いほど、同じ距離を行くのに必要なエネルギーは大きくなるということはできるかと思います。
水泳での具体的な例、ありがとうございます。ヒトが泳ぐっていうのは、いろいろあるんですね。
参考になりました、ありがとうございます。
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