物理推导验证:考虑空气阻力时重的物体下落更快
对白
文本内容
ma = mg - kv² (m > 0, g > 0, k > 0, Re ≫ 1)
⇒ dv/dt = g - (k/m)v², v(0) = 0
⇒ ∫ dv/(g - (k/m)v²) = ∫ dt
(1/g)·(1/(2√(k/(mg))))ln|(1+√(k/(mg))v)/(1-√(k/(mg))v)| = t + C
1/√(kg/m) tanh⁻¹(√(k/(mg))v) = t + C
t=0, v=0 ⇒ C=0
v(t;m)=√(mg/k)·tanh(√(kg/m) t)
∂v/∂m = √g/(2√(km))·tanh(√(kg/m)t) - gt/(2m cosh²(√(kg/m)t))
∂v/∂m > 0 ⇔ √g/(2√(km))·tanh(√(kg/m)t) > gt/(2m cosh²(√(kg/m)t))
⇔ (1/2)sinh(2√(kg/m)t) > √(kg/m)t
x:=√(kg/m)t, (m>0,t>0⇒x>0)
(1/2)sinh(2x) > x
f(x):=(1/2)sinh(2x)-x, f(0)=0
f'(x)=cosh(2x)-1>0 (x>0)
⇒ f(x)>0 (x>0)
⇒ ∂v/∂m >0 (∀m>0,t>0) □
整体描述
这是一张黑白科普漫画,分为上下两个分镜:上半部分是一位长发女生在脑中推导考虑空气阻力时的物体下落运动微分方程,通过求解微分方程得到速度函数,再对质量求偏导,严谨证明了在t>0时,下落速度随物体质量增大而增大;下半部分是三位女生的对话,其中一位女生确认结论,另两位女生恍然大悟,发现之前的认知错误,纠正了“轻重物体下落速度相同”的误区(该结论仅在无空气阻力时成立)。漫画没有双关、谐音梗或暗示内容。
来源说明
该漫画由日本创作者@chipushishi原创,由bilibili用户“里芙”和“鲨鱼辣椒”汉化,在bilibili平台流传,属于趣味物理科普类二次元漫画,用漫画形式讲解物理知识,纠正常见认知误区。