運動量保存 検査体積 わかりやすく

ジェットが板にぶつかって横へ散り、ジェットの強さをドラッグすると板が受ける力が大きくなります。水の運動量を板が止めた分だけ、板はその反作用で押されます。強く撃てば強く押し返され、弱く撃てば弱く押し返されます。

検査体積で束ねて出入りする運動量を見ると構造が現れます。入ってくる運動量の矢印と出ていく運動量の矢印の差が、まさに流れに加えた力です。運動量は消えず向きだけ変わるので、その変化が力として現れます。箱が包んだ区間で入ったものと出たものを比べると力が残ります。

折る角度をドラッグすると、流れを多く折るほど運動量の変化が大きくなり反力も大きくなります。180 度で完全に返すと変化が最大なので力も二倍になります。少しそらせば力は小さく、受け返して打てば力がいちばん大きいです。

式では F = ṁ Δv、つまり質量流量かける速度の変化です。質量流量は ṁ = ρAv なので F = ρAv·Δv で、v をドラッグすると二か所で v が大きくなり力が v の二乗で育ちます。速さと量がいっしょに力を大きくします。

消防ホースを見ると、ホースが多くの水を速く撃ち出す分だけ、その反作用が消防士を後ろへ押します。流量をドラッグして上げると反力がぐっと大きくなり、ロケットも同じ原理でガスを後ろへ噴いて前へ進みます。後ろへ送った運動量が前を押す力です。