瓦礫には 3 つの力が作用します。 まず、下向きに引っ張る重力 (Fg）地球との相互作用によるもの。 この力は、物体の質量 (m) と重力場 (地球では g = 9.8 ニュートン/キログラム) の両方に依存します。
次に、浮力 (Fb）。 物体が水 (またはその他の液体) に浸されると、周囲の水から上向きに押す力が発生します。 この力の大きさは押しのけられる水の重さに等しいため、物体の体積に比例します。 重力と浮力は両方とも物体のサイズに依存することに注意してください。
最後に、抗力 (Fd) 移動する水と物体との間の相互作用によるもの。 この力は、物体のサイズと水に対する相対速度の両方に依存します。 以下を使用して、抗力の大きさ (水中では空気抵抗と混同しないでください) をモデル化できます。 ストークの法則、次の方程式に従います。
イラスト: レット・アレイン
この式において、R は球状物体の半径、μ は動粘度、v は物体に対する流体の速度です。 水中での動粘度の値は約 0.89 x 10 です。-3 キログラム/メートル/秒。
これで、動く水の中の岩の動きと金片の動きをモデル化できます。 ただし、小さな問題が 1 つあります。 ニュートンの第 2 法則によれば、物体にかかる正味の力は物体の速度を変化させますが、速度が変化すると力も変化します。
この問題に対処する 1 つの方法は、各オブジェクトの動きを短い時間間隔に分割することです。 各間隔中、正味の力は一定であると仮定できます (これはほぼ真実です)。 一定の力を使用すると、間隔の終わりでのオブジェクトの速度と位置を見つけることができます。 次に、次の間隔で同じプロセスを繰り返すだけです。