ものの落下

質問

大きさが同じで重さが異なるボールを同時にある高さから落とした時，同時に地面に落下すると見聞きします。

ここで，質問です。
大きさが同じ風船に【空気，酸素，二酸化炭素】を入れた場合も同じですか？

回答No.3

First_Noel · ベストアンサー

＃２です．
ゴメンナサイ，浮力を考慮していませんでした．
風船と言いながら，頭の中は剛球で，材料も頭も固かったです．

＞【風船（ゴム）＋中に入れた気体　＞　浮力】

その通りですね．
正確に書けば，
（風船＋気体）に働く重力＞浮力
のとき，風船は落ちます．

浮力は，風船の体積と同じ体積の空気の重量だけ働きますので，
浮力を考慮すれば，同じ温度，圧力，体積での質量は，空気，酸素，二酸化炭素の順で軽いですから，
浮力は空気，酸素，二酸化炭素の順で大きいですので，
落下速度は二酸化炭素，酸素，空気の順で速いので，落下して接地する時刻は違って来ると考えられますが，
落下速度が大きくなると＃２で書きましたように，
空気抵抗が効いて来ることになります．

ヘリウムなど，密度が空気より小さなガスの場合は，
重力よりも浮力の方が大きくなるので浮上することいなります．

回答No.2

First_Noel

＞大きさが同じで重さが異なるボールを同時にある高さから落とした時，
＞同時に地面に落下すると見聞きします。

これは，受ける空気抵抗が同じ，と言うことでしょう．
空気抵抗は単純に考えると速度の二乗に比例します（低速なら近似的に速度に比例）．
又，落下方向の面積に比例します．

しかし実際は「表面状態」や「質量分布」，「形状」も厳密に同じである必要があります．
表面状態が異なれば粘性抵抗が異なるので，落下速度は違って来ます．
質量分布が異なれば，ボールの回転運動が異なり，
空気抵抗の度合いも異なります（落下方向に垂直な方向に揚力を生じます）．
ボールの落ちる向きと逆側に少しの違いがあっても，
そこに渦が出来て落下に影響します．

また，落下させる瞬間はモノからボールが離れますが，
モノの表面状態，接触状態，押さえる力，離すときの離し方なども影響します．
これらが厳密に同じで，単に質量だけが異なる，のであれば，落下の様子は同じです．

＞大きさが同じ風船に【空気，酸素，二酸化炭素】を入れた場合も同じですか？

風船の中身以外の全てのことが厳密に同じであるならば，
落下の様子は同じです．

但し，現実的には「質量以外の全てを厳密に同じにする」ことはまず不可能ですので，
上記はリクツの上での話ですので，実際に実験してみると，それっぽいけど何か違う，と言う結果になるでしょう．

お礼

回答ありがとうございます。
表面状態や質量分布は勉強しなければいけませんが，とても参考になりました。

理屈では分かっても，感覚ではヘリウムを入れた風船は浮いたりするので，重い気体ほど先に落ちる気がしてしまいます。
風船が落ちる理由は，
【風船（ゴム）＋中に入れた気体　＞　浮力】
と，思っていますが合っているでしょうか。

回答No.1

hanzo2000

空気抵抗がない状態（真空状態）であれば、
同じく同時に着地します。

重さや大きさの違うものが同時に着地するというのは、空気抵抗がない状態を前提としています。

空気抵抗があるところでは、厳密には同時に着地しません。

お礼

早々の回答ありがとうございます。