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ゆっくり落ちたり速く落ちたり

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • 同じ大きさの紙をいろいろな折り方をして落下速度を比較してみましょう。
  • 折り方によって空気抵抗の大きさが変わり、落下速度に違いが出ます。
  • 空気抵抗の大きさFDは次の式で計算できます。
    FDCDρU2 S/2
    ただし、CDは抗力係数、ρは空気の密度、Uは落下速度、Sは前方投影面積(物体を進行方向の前から見たときの面積)です。
  • 抗力係数CDは物体の形によって変わります。CDの値は正方形で約1.1、球で約0.47、円柱で約1、流線形(前が丸く後ろがとがった形)では0.01〜0.1くらいになります。
  • この実験では、抗力係数だけではなく、四つの形の前方投影面積の違いが大きな影響を与えています。 紙を折らない場合やカップのように折った場合は前方投影面積が大きく、空気抵抗が大きくなります。
  • このように同じ紙(一辺が21cmの正方形)でも折り方を変えると落下速度が大きく変化します。皆さんもできるだけ速く落とす形、できるだけ遅く落とす形に挑戦してみませんか?
【キーワード】 空気抵抗、はく離
【関連項目】 ゆっくり落ちるカップ大きい球と小さい球
【参考】 日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P136−139.
石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P66−69.
日本機械学会編「JSMEテキストシリーズ流体力学」日本機械学会、P113.
更新日:2015.6.1