終端速度

質問

流れ星・隕石、人工衛星の落下、スペースシャトルの帰還などいろいろありますが、宇宙から地球に突入してくるものに関して疑問があります。

終端速度はどのくらいなんでしょう。あるいは終端速度を迎えるには地球程度の大気層の厚さでは、地表への到着までには距離が足りないんでしょうか。スカイダイビングの人は200km/hくらいというのは聞いたことがありますが。

回答No.4

dyadics13 · ベストアンサー

下の方が書いているようにケースバイケースですが，
一つの目安として弾道係数:Bと言うものがあります．
これは突入して来た物体の質量mを参照面積A（例えば断面積）と
抗力係数CDで割った値です．つまり，

B = m/(CD * A)

弾道係数が大きければ（例えば鉄球）突入速度が速く，
減速しにくい物体になります（加えて，空力過熱が大きい）．

弾道係数が小さければ（例えば羽毛）突入速度が遅く，
すぐに減速します（そして空力過熱も小さい）．

ちなみに抗力係数はマッハ数や大気組成によって変化しますので，
単純に再突入物体の速度問題を解くことは出来ません．

また，ブラックアウトを減速期間とみなしている方もいますが，
ブラックアウトとは高速で突入している物体の周りの大気が
高温によって電離し，これによって電波による通信が出来なくなる
現象のことを言い，減速する期間を意味するものではありません．

そして，ブラックアウト後のシャトル速度が約300km/hという
指摘もありますが，この速度はあくまで滑走路への最終アプローチ
の速度の値であり，ブラックアウト後のシャトルの速度は超音速状態です．

お礼

回答ありがとうございます。

大方予想はしていたんですがやはり難しい問題なんですね。

ブラックアウトと言うのも知りませんでした。そういえばアポロ13の映画で通信が途切れるシーンがありましたが見ていた当時は何で？って考えませんでした。目からウロコでした。

回答No.3

noname#11476

スペースシャトルはブラックアウト（減速期間）から抜けた所で約 300Km/h で降りてきますね。
ただ自由落下というより進行方向に意識的に飛行していますけど。

ちらっとwebを検索すると、

野球の球の終端速度は42m/sec, 丸い岩、直径64mm、密度3500 kg/m^3で終端速度は64m/secという計算が出ていました。
（もちろん宇宙から放り投げてという意味ではありません）

隕石だとweb pageによって300Km/h 程度、250km 程度、 350 - 700 km/h などと書いてあるものが多いですね。
突入時の速度は40,000 to 260,000 km/hと書いてありましたから、けた違いですね。

では。

お礼

回答ありがとうございます。

具体的な終端速度、へええー、と興味深いです。古典力学少し分かっているからって実際にこういう速さの計算はとても出来ませんよね。流体が関係してくるし。

回答No.1

SCNK

突入時の速度やものの効力係数、重量に左右される問題ですから、ケースバイケースなのでしょうが、おそらく大気の層は薄すぎる場合が多いのではないでしょうか。因みに終端速度は０．５×効力係数×空気密度×断面積×速度の二乗＝重力加速度×重量の関係で出るのではないでしょうか。効力係数は球体ならば０．７とか０．５とかそんなものでしょう。音速を超えるのでしょうから超音速時の効力係数が必要となるとは思います。
突入速度は地球の公転の方向と衝突の方向によってベクトルをあわせた速度でしょうけども、第二宇宙速度くらいで飛んできたものならマッハ数十という値ですし、地球の大気のほとんどはわずか１０km以下にほとんどありますから、ブレーキになる効果はほとんど無いのかもしれません。

回答No.2

SCNK

突入時の速度やものの効力係数、重量に左右される問題ですから、ケースバイケースなのでしょうが、おそらく大気の層は薄すぎる場合が多いのではないでしょうか。因みに終端速度は０．５×効力係数×空気密度×断面積×速度の二乗＝重力加速度×重量の関係で出るのではないでしょうか。効力係数は球体ならば０．７とか０．５とかそんなものでしょう。音速を超えるのでしょうから超音速時の効力係数が必要となるとは思います。
突入速度は地球の公転の方向と衝突の方向によってベクトルをあわせた速度でしょうけども、第二宇宙速度くらいで飛んできたものならマッハ数十という値ですし、地球の大気のほとんどはわずか１０km以下にほとんどありますから、ブレーキになる効果はほとんど無いのかもしれません。

お礼

回答ありがとうございます。

抗力(効力は打ちミスですね)係数、初めて聞きました。音速を超えている時とそれ未満の時とその壁を越える時と場合によって色々考えねばならぬようですね。いずれにせよ解析的に計算するのは困難のようですね。