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速度依存の力——空気抵抗と終端速度

1. 重力だけでは説明できない落下

ビルの屋上から羽毛と鉄球を同時に落とすとどうなるか。真空なら同時に着地する——ガリレオが示した通り。しかし空気の中では羽毛がはるかに遅い。空気抵抗は「速ければ速いほど強くなる」力だ。

空気抵抗と終端速度

時間 (s)速度 (m/s)v_term = 19.6024601122
t = 0.00 sv = 0.00 m/sv_term = 19.60 m/sv/v_term = 0.00
v(t) = v_term(1 - e^{-t/τ})、τ = m/b

シミュレーターで質量・断面積・空気抵抗係数を変えてみよう。ある速度を超えると加速が止まり、一定速度(終端速度)に達する——なぜ加速が止まるのか? 終端速度は何で決まるのか?

問い:空気抵抗がある場合の落下運動を微分方程式として解くと何が見えるか?

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21:03

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