流体が水である場合、終端速度の式は変わりますか?


ベストアンサー

終端速度は、自由落下する物体が流体内で到達する速度です。これは、重力加速度と速度とともに増加する抗力という2つの事実を考慮して決定できます。したがって、空気中では、抗力が重量と等しくなるまで速度が増加します。これらの条件では、正味の力は利用できず、加速度は0になります。終端速度に達します。

空気中では、浮力(浮力(アルキメデの法則)影響は非常に小さいですが、水中では水の密度が空気の約1000倍、アルキメデの力が1000倍になるため、これを無視することはできません。

つまり、体を落下させると水中では、それを押し下げる力は、その重量から浮力を差し引いたものです。ニュートンF = m aの第2法則は、力が重量だけでなく、重量からアルキメデスの力を差し引いたものであることを考慮して使用できます。重量は通常W = mg = \ rho V g(\ rhoは体の密度、Vはその体積)であり、アルキメデの力は等量の水の重量に等しいため、A = \ rho\_W V g、ここで\ rho\_Wは水の密度。

これをすべて考慮すると、ニュートンの第2法則は、(\ rho- \ rho\_W)V g = \ rho V aしたがって、a = {{\ rho- \ rho\_W}と記述されます。 \ over {\ rho}} g =(1-{\ rho\_W \ over \ rho\_A})gこれは、体の密度が水の密度と等しい場合に浮き、これらの条件ではa = 0として、完全に理にかなっています。

初期段階の後、水よりも密度の高い物体は小さな加速度で落下し始めますが、それでもドラッグ力のように速度が増加します。終端速度は、抗力が垂直力と等しくなる速度であり、通常は空気中よりもはるかに低くなります。

ご覧のとおり、次の要素を取り入れることで重要な(基本的な)偏差と類似点があります。 Archimedeの法則を説明します。

回答

理論的にはいいえですが、実際にはあります。抗力係数が一定である理想に近い環境では、方程式は同じままです。現実的な環境では、より高密度で粘性のある液体でより多くの乱流が発生し始め、不安定な動作やあらゆる種類の奇妙な効果が発生し、実際の終端速度を計算するための明確でなく、よりテーブルベースの方法になります。

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