大波を受けた時に衝撃が小さくなる形状と理由について

質問

津波映像では堤防や建物などがっしりと固定された物でも衝撃で壊され流されました。大きな船などはゆっくりと動かされ流されていました。すごく大きな石油タンクのような物もあまり破壊されずに形状を維持したまま流されていました。水産で使う水色の樹脂でできた大きな四角い容器などはうまく船のように流されながらも壊れずに回収されまた使えるものもありました。

固定されていない浮く物がもっとも衝撃が少なく、破壊されにくい物と思われます。理屈は分かっていません。感覚でそう思っています。
さらには直方体の形状よりも円球体の方が衝撃が小さいように思われます。本当にそうなのか、ということと、どういう理由でそれを説明できるのかが分かりません。
教えて下さい。

回答No.2

sailor

質問者が締め切らない限り、何度でも回答は出来ますので、この質問に対する回答がさらに必要になる場合や、補足などがある場合は、貴方が締め切らなければ、このまま続けることが出来ますので、じっくりと考えた上で不明な点は補足要求として上げていただければ良いと思います。とはいっても私も物理はそれほど詳しいわけではないのでですが・・・

回答No.1

sailor

流体から受ける衝撃というのは、物体が流体に与える力が小さければ小さいほど少なくなります。固定された物体に流体が当たるとき、流体には速度や方向の変化が起こりますが、この変化が小さいほど流体が物体に与えるエネルギーは小さくなるのです。例えば平らな面に当たり流体の速度が０になった場合は、流体の持つ運動エネルギーはすべて固定された物体に移りますが。また、流体が方向を変えて流れ続ける場合でも、９０度方向を変えて流れる事になり、これはすなわち物体が流体に対して横向きに力を加えたの同義ですから、当然それだけの力を受けます。しかし先端がとがった物体では、流体が止まってしまうことは起こりませんし、流れの方向の変化も小さくなりますから、流体に与える力も小さくなり衝撃も小さいということです。もちろん正面から見た面積が同じであればあれば、流体と接する面積は先端のとがったものの方が大きいので、流体との摩擦によって受ける力は大きくなりますが、それでも流体の持つエネルギーをすべて吸収したり、大きく方向を変えるよりはかなり小さな値になります。例えばボウリングの球が転がっていて、それを進行方向に対してちょっかっくな方向から押して、向きを替えるときに必要な力を考えたとき、直角に変えるの５度程度変えるのではかなり大きな力の差があることは想像に難くないでしょう。

また、流体の上に浮いて流された場合は、流されるときに受けた加速度の分だけの力を受けることになり、これも固定されていた場合よりはるかに小さな値となるでしょう。

お礼

ありがとうございます。まだ見ててもらえるとよいのですが。
私の知りたいことが全部説明されているような気がします。しかし、漠然としか理解できていません。ごめんなさい。でも、どうしてもこの理屈をきちんと理解する必要があるのです。何日もかけて何度も読んでみますが、もしかすると同じような質問をまた出してしまうかも知れません。好きでしたが、中学生の科学の力ぐらいです。
同じ人は何度も回答できないのですよね。