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物理基礎~空気の抵抗力
~
空気の影響 例:新幹線のように、高速に移動する剰物をデザインするときに重要な要素
設計段階で模型を作って風を当て、実際に空気の影響がどのように表れるか確かめる。
空気中を運動する物体には、運動と逆向きに空気の抵抗力がはたらく。
この空気の抵抗力の大きさは、物体の大きさや形、表面の材質などさまざまな要因が関係するが、おおまかに言うと、
空気に対する物体の速さが大きいほど、また物体の断面積が大きいほど空気の抵抗力は大きい。
動
Q.2個重ねた質量の大きい紙コップが先に落ちたのは、なぜか??
加速度の
空気の抵抗力の大きさ
紙コップには鉛直下向きに動がはたらいている。
→
動の大きさは、質量m×動加速度の大きさg=mgと乗せる
mg
動力の大きさ
ma
Im
mg
1 紙コップが落下し始めると、鉛直上向きに空気の抵抗力(f)がはたらく。
他の力は考えないことにすると、落下している紙コップにはたらいている力は、動力と空気の抵抗力
の合力である。
この2つは向きが逆なので、動の向きをプラスとして、mg-fと来すことができる。
物体の運動を考える→「物体にはたらく力」と「物体の質量」と「加速度」の関係が大事!!
速大加速度は力に比例して、物体の質量に反比例するので、紙コップの運動は、
運動方程式を変形して
ting-f
質量m
加速度
という式で表せる。
この式において、質量と動加速度の大きさは一定なので、動の大きさmgも一定である。
ここで、加速すると運動の速さが大きくなり、速さが大きくなると空気の抵抗力も大きくなる
つまり、fが大きくなるとい
mg-t
fは小さくなるので、加速度aは小さくなる。
空気中を落下する紙コップの運動は、加速度がどんどん小さくなっていく運動だと考えられる。
終端速度…流体中を移動する物体(雨粒や気泡など)が、形状や落下速度に応じた抵抗を受けながら
移動を続け、動と抗力が釣り合ったときに一定の速度で移動する速度のこと。
A. 質量が大きいと、はたらく重力も大きくなるので、動力と空気の抵抗力がつり合って合力が0になるためには、
空気の抵抗力も大きくならないといけない。
そのためには、速さが大きくなることが必要で、等速直線運動
空気の抵抗力の大きさ
になるタイミングも遅くなったということです。
動力の大きさ
同じ断面積をもった物体の場合、質量の大きい物体ほど終端速度は大きくなる。
同じ質量の物体の場合、断面積が大きな物体ほど終端速度は小さくなる。
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物理基礎~水圧と浮力
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面に垂直にはたらく力の大きさをその面の面積で割ったものを圧力といい。
面に垂直にはたらく力の大きさ
P=1単位「Pa(パスカル)」と乗りことができる。
圧力
IN
1Pa =
1m²
パスカル
力を受けた面の面積
1Pa=IN/m²
IPaは、1m²当たりに、INの力がはたらくときの圧力ということ。
水圧の求め方
底面が受けている水圧であるから、
容器に水を入れたとき、底面にかかる水圧はどうなるか?
面を押す力の大きさ
面積
・で求められる。
動力の大きさの求め方は、(動力の大きさ)=(質量)×(重力加速度の大きさ)
質量は、(密度)×(体積)で求められるので、(動力の大きさ)=(密度)×(体積)×(重力加速度の大きさ)となる。
底面にはたらく水圧の求め方
(水圧)=
(密度)×(体積)×(重力加速度の大きさ)
(面積)
体積は(面積)×(深さ)で求められるので、約分して整理すると、
密度 水圧=密度×深さ×動加速度の大きさ
ロー
KEP
深せん
P = P
h
g
[m/s]
水圧は深さに比例している
[Pa[]] [[kg/m]] [[m]
浮力…水などの流体中にある物体に動とは逆の方向に作用する力。(動力が作り出す水圧の差による力)
アルキメデスの原理 液体中の物体にはたらく浮力が鉛直上向きで物体と同じ体積分の液体の重さに等しい
水中に沈めた物体の浮力
物体の表面には水圧による力がはたらいている。
側面にはたらく力は左右釣り合っていて打ち消されるので、
上の面にはたらく下向きの力F、と、下の面にはたらく上向きの力キュの大きさ
深いほど水圧は大きく、上下とも同じ面積なので、F、よりキュの方が大きくなる。
物体は周りの水から上向きの力を受ける→この力が浮力
(F,Phigs
F=F2-F,
h2
= P(h-h)95
[F2Pha
h₂
F=FューF,
体積V
Fi
↓
F
浮力F=F2-F1
円柱の上の面にはたらく水圧と下の面にはたらく水圧の大きさ
液体の密度をP、重力加速度の大きさを9とすると、深さんの
場所にかかる水圧Pはphgとせる。
そして、深さんの面積にかかる水圧による力の大きeFa、phesと
物体の上の面の水深をん、下の面の水深を知るとすると、
FFはpcho-h.) 9S となる。
=pcho-higs このときは円柱の高さ、底面の面積×高さ=依頼Vなので、
=PV9
浮力は、Plgと来すことができる。
ROKUYO LOOSE PAR KOPLESKT