水中で重さの違う物体の落下速度は？

質問

真空中では、同じ形状なら金でもプラスチックでも同じ速度で落下するということは理解できたのですが、それが水中ならどのように考えるとよいのでしょうか。重いものが早く落ちると思うのですが合っていますが？

回答No.1

a3453a · ベストアンサー

その物質の比重により速度が異なります
体積の大きさに比例しての浮力を受けるのですから
落下速度（加速度）は　「引力－浮力」　に
よって決まります

補足

回答ありがとうございます。そうすると、空気中と同じように、同形の鉄玉とアルミ玉を水中に落とすと、まったく同じように落下するということで合っていますか？（浮力は押しのけた水の体積と同じと考えて）

回答No.5

Mr_Holland

同じ形状で同じ大きさのものであれば、水中では重いものの方が早く落ちます（水底に到達します)。

　既に前の方が記されていますが、水中の物体に働く力は、重力、浮力、水の抵抗の3つです。
　重力から浮力を引いたものは、
　　(物体の密度－水の密度）×（物体の体積）×（重力加速度)
です。
　また水の抵抗は、水中を移動する速さに依存し、速く移動するほど抵抗は増えるので、ある程度の速さに達するとそれ以上加速することができなくなります。
　さて、最初に静止中の物体から静かに手を放したとき、物体に掛かる力は、上の重力から浮力を引いたものだけですので、このときの加速度は、
　　（１－水の密度／物体の密度）×（重力加速度)
となり、物体の密度が大きくなるほど、速く加速されることになります。
　物体の沈降速度は、水の抵抗のせいで、ある程度に達すると一定になってしまいますが、一定になるまでに要する時間は、さきの加速度で決まってしまい、物体に密度が大きいほど速く一定速度に達します。
　このことは、沈降距離にもそのまま影響し、密度の大きい物体ほど速く水底に到達することになります。

回答No.4

noname#40706

Ａ１さんへの補足の中で、

＜＜そうすると、空気中と同じように、同形の鉄玉とアルミ玉を水中に落とすと、まったく同じように落下するということで合っていますか？（浮力は押しのけた水の体積と同じと考えて）＞＞

と質問されていますが、

これは間違っていますのでご注意ください。

いま簡単に水の比重１、鉄の比重８、アルミ３　としてみます。

すると水中での　「引力－浮力」は

鉄：は　７　（８－１）、　

アルミは　２　（３－１）、　です。

鉄については　自分の重さが８でそれにかかる力が７、

アルミは自分の重さが３で、かかる力が２です。

したがってアルミの方が加速度が小さい　と考えなければいけません。

極端なケースで、アルミの比重が１．１しかなかったらアルミにかかる力は０．１しかありません。加速度は極端に小さくなります。要するにごくゆっくりと沈みます。

空気中で鉄とアルミが同じ加速度になるのは空気の比重が極端に小さい、０とみなせるからです。

以上の議論では、もちろん　水の抵抗などは考慮に入れていません。

回答No.3

X-trail_00

水中でも空気中でも同じですが
抵抗が発生します。

簡単に試すには。
同じ大きさの紙2枚（A4半分に切ってもいい）　＝　ほぼ同じ質量ですよね
一枚は何も折らずに、もう一枚はくしゃくしゃに丸めて落としてください。
落ちる速度違いますよね？

丸める方はその半分のサイズでもおそらく早く落下するでしょう。

二つの物体の形状＋重量によります。

回答No.2

sizu-sizu

No.1さんのお答えに加え，理論的な理想状態ではなく，実験的に見るのでしたら形状も結構問題になってきそうです。薄い板状と球状とでは，同じ体積でも沈んでいく際に水から受ける抵抗は無視できないものだと思います。流体力学の話になるのかな。