上式に関する補足説明


 

空気抵抗がある場合の式について、 に近づく極限においてその式が空気抵抗

がない場合の式になることを示します。まず、EXP(X)は次のように展開できます。

 

EXP(X)=1+X+X/2+X/6+・・・・・

 

したがって、r→0の極限においてEXP(−rt/ m)は以下の式で近似できます。

 

EXP(−rt/ m)=1+(−rt/ m)+(−rt/ m)/2

 

上式で、三次以降の項は無視しました。では、速度の式から検討してみましょう。

 

X方向: =V0 COSθ・EXP(−rt/ m)

Y方向: =(V0 SINθ+mG/r)・EXP(−rt/ m)−mG/r

=V0 SINθ・EXP(−rt/ m)+(mG/r)・{ EXP(−rt/ m)−1}

 

r→0の極限において、X方向の式とY方向の式の第一項がそれぞれ、0 COSθ

0 SINθになることは明白なので、Y方向の式の第二項だけを考えます。

 

第二項(Y方向): (mG/r)・{ EXP(−rt/ m)−1}

=(mG/r)・{ (−rt/ m)+(−rt/ m)/2 }

=−G t + rG t/ 2m → −G t

 

以上から、速度のY方向成分が 0 SINθ−G t に近づくことが判ります。

 

次に、位置の式を検討します。前ページの式を少し変形すると、

 

X方向: (mV0/r)・COSθ・{ 1−EXP(−rt/ m) }

Y方向: (m/r)・{ V0SINθ+(mG/r)}・{ 1−EXP(−rt/ m) }−(mG t/r)

 

r→0の極限において、位置のX方向成分は、

 

X方向: −(mV0/r)・COSθ・{ (−rt/ m)+(−rt/ m)/2 }

=−V0 COSθ・(−t + r t/ 2m) → (V0 COSθ) t

 

また、位置のY方向成分は、

 

Y方向: −(m/r)・{ V0 SINθ+(mG/r)}・{ (−rt/ m)+(−rt/ m)/2}

−(mG t/r)

=−{ V0 SINθ+(mG/r)}・(−t + r t/2m)−(mG t/r)

=−V0 SINθ・(−t + r t/2m)−G t/2

( V0 SINθ) t−G t/2

 

これで、全ての式の検証が終わりました。

 

 


 

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