真空中、自由落下中の物体は、加速を停止したり、終端速度に到達したりしますか?


ベストアンサー

「終端速度」は、ある種の抵抗の特性です。 。真空では、抵抗はありません。

しかし、エネルギーは有限であるため、何かを無期限に加速することはできません。加速に使用されているものはすべて、位置エネルギーの源であり、最大速度は、その位置エネルギーのすべてが運動エネルギーに変換される速度です。

その位置エネルギーが重力である場合、その最大速度は脱出速度と同じです、\ sqrt \ frac {2GM} r。オブジェクトが非常に遠くから入ってくる、つまり、オブジェクトの表面(半径r)に当たったときの速度です。オブジェクトを見逃したり、オブジェクトの穴を通過したりすると、同じ方向に進み、重力によって速度が低下し続けます。重力は、オブジェクトが進むにつれて次第に遅くなり、停止することはありません。

実際には、常にオブジェクトの方向に常に加速していることに注意してください。この例では、1つの方向に制限し、加速は中心を通過するときに突然方向を変えます。より現実的には、 2方向に運動する場合があります。その場合、同じ量だけ継続的に加速しますが、方向は常に変化します。したがって、常に加速しますが、その速度は常に加速方向の絶え間ない変化によって制限されます。限界の場合、それは完全な円であり、速度は常に同じです。より一般的なケースでは、オブジェクトが1つの焦点にある楕円であり、その側に近づくにつれて速くなり、遠くに行くほど遅くなります。もう1つの限定的なケースでは、楕円を一列に伸ばしてオブジェクトを作成できます。振り子のように動きます(軌道を回っているものにぶつからない限り)。[それを指摘してくれたPedroGómezAlvarezへの小道具。]

エネルギー源がロケットの場合、次に、実際の限界はTsiolkovskyロケット方程式によって与えられます。これは、あなたと一緒に燃料を持ち上げなければならない効果を計算します。

任意の加速に対して私が与えることができる最善の方法は、レーザー推進と呼ばれるレーザー。理論的には、無期限に加速することができますが、実際には、広大な距離にしっかりと焦点を合わせることができません。波長によって理論上の限界があるかもしれませんが、あるとすればわかりません。

とにかく、空気抵抗を気にする必要がないということです。終端速度の原因。しかし、遅かれ早かれエネルギーが不足するため、永遠に加速することはできません。

回答

通常、人々は終端速度について考えるとき、落下する物体について考えます。 、空気抵抗=重力によって加速が発生せず、オブジェクトが終端速度に達するまで、ますます速く落下します。

ただし、落下するオブジェクトが「自然な最大」速度に達するという概念は、外部で適用できます。空気抵抗のシナリオについても説明します。

レンツの法則

誘導電流の方向は常にそれを引き起こした変化に対抗するようになっています

例を挙げて説明しますhttps://www.learncbse.in/ncert -exemplar-problems-class-12-physics-electromagnetic-induction /

この画像には、金属棒があります B を指す大きさの磁場を持つ傾斜を転がり落ちる真上に向かって通過します。

右側には、力の内訳が表示されています。私たちは、mg \ sin \ theta(斜面に沿った重力の成分)とF\_m \ cos \ theta(斜面に沿った磁力の成分)である斜面に沿った力に最も関心があります。左側の法則により、実際の磁力は水平であることに注意してください。 レンツの法則によると、オブジェクトの速度を落とすには、誘導された磁力を後方に向ける必要があります(移動するオブジェクトが電流(したがって力)を誘導したため)

重力によって物体が加速すると、平衡に達するまで磁力が増加します。この平衡は、ロッドの終端速度です。空気抵抗が必要ないため、真空でも機能することに注意してください。

計算を行いましょう

誘導起電力によって与えられます

\ epsilon = Blv \ cos \ theta

ここで、 l はロッドの長さであり、 v は速度です

オームの法則を使用すると、電流を取得できます

I = \ frac { V} {R} = \ frac {Blv \ cos \ theta} {R}

誘導磁力は次の式で与えられます

F\_m = BIl = \ frac {B ^ 2l ^ 2v \ cos \ theta} {R}

ここで、正味の力がゼロになるタイミングを見つける必要があります。言い換えると、

F\_m \ cos \ theta = mg \ sin \ theta

\ frac {B ^ 2l ^ 2v \ cos ^ 2 \ theta} {R} = mg \ sin \ theta

終端速度を与える

v = \ frac {mgR \ tan \ theta} {B ^ 2 l ^ 2 \ cos \ theta}

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