今回の問題
dynamics33【設問別解説】考え方から計算プロセスまで徹底ガイド
この問題のテーマは「液体中での落下運動と終端速度」です。
問題を解く上で鍵となる物理法則や概念は以下の通りです。
- 力のつり合い: 物体の速度が一定（加速度が0）のとき、物体にはたらく力の合力は0になります。
- アルキメデスの原理（浮力）: 流体中の物体は、その物体が押しのけた流体の重さに等しい大きさの浮力を、上向きに受けます。(\(F_{\text{浮力}} = \rho_{\text{流体}} V_{\text{物体}} g\))
- 速度に比例する抵抗力: 物体が流体中を運動するときに受ける抵抗力で、速さに比例します。(\(F_{\text{抵抗}} = kv\))
基本的なアプローチは以下の通りです。
- 小球にはたらく力をすべて特定します。この問題では「重力」「浮力」「抵抗力」の3つです。
- 「速さが一定になる」という条件から、これらの3つの力がつり合っていると考えます。
- 「下向きの力の大きさ = 上向きの力の大きさの和」という力のつり合いの式を立て、終端速度 \(v_f\) について解きます。