Винаги ли сте се чудили защо парашутистите в крайна сметка достигат максимална скорост при падане, въпреки че силата на гравитацията във вакуум ще накара обект непрекъснато да се ускорява? Падащ обект ще достигне постоянна скорост, когато има ограничаваща сила, като плъзгане от въздуха. Силата, приложена от гравитацията близо до масивно тяло, е предимно постоянна, но сили като въздушното съпротивление се увеличават, колкото по-бързо пада падащият обект. Ако му бъде позволено да пада свободно достатъчно дълго, падащ обект ще достигне скорост, при която силата на плъзгане ще стане равна на силата на гравитацията и двете ще се отменят взаимно, причинявайки обекта да пада със същата скорост, докато удря в земята. Това се нарича терминална скорост.
Стъпки
Метод един от 3: Решаване на терминална скорост
- един Използвайте формулата за терминална скорост, v = квадратният корен от ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Включете следните стойности в тази формула, за да решите за v, терминална скорост.
- m = масата на падащия обект
- g = ускорението поради гравитацията. На Земята това е приблизително 9,8 метра в секунда.
- ρ = плътността на течността, през която обектът пада.
- A = проектираната площ на обекта. Това означава площта на обекта, ако сте го проектирали върху равнина, която е била перпендикулярна на посоката, в която се движи обектът.
- C = коефициентът на съпротивление. Това число зависи от формата на обекта. Колкото по-опростена е формата, толкова по-нисък е коефициентът. Можете да потърсите някои приблизителни коефициенти на плъзгане.
Метод 2 от 3: Намерете гравитационната сила
- един Намерете масата на падащия обект. Това трябва да се измерва в грамове или килограми в метричната система.
- Ако използвате имперската система, не забравяйте, че паунда всъщност не е единица за маса, а сила. Единицата за маса в имперската система е лирата маса (lbm), която при гравитационната сила на повърхността на земята би изпитала сила от 32 паунда сила (lbf). Например, ако човек тежи 160 паунда на земята, той всъщност се чувства 160 lff, но тяхната маса е 5 lbm.
- 2 Познайте ускорението поради гравитацията на Земята. Достатъчно близо до земята, за да срещне въздушно съпротивление, това ускорение е 9,8 метра в секунда на квадрат или 32 фута в секунда на квадрат.
- 3 Изчислете гравитацията надолу. Силата, с която падащият обект се изтегля надолу, е равна на масата на обекта по ускорение поради гравитацията или F = MA. Това число, умножено по две, отива в горната част на формулата за терминална скорост.
- В имперската система това е lbf на обекта, числото, което обикновено се нарича тегло. По-правилно е масата в lbm по 32 фута в секунда на квадрат. В метричната система силата е масата в грамове, умножена на 9,8 метра в секунда на квадрат.
Метод 3 от 3: Определете силата на плъзгане
- един Получете плътността на средата. За обект, падащ през земната атмосфера, плътността ще се промени в зависимост от надморската височина и температурата на въздуха. Това прави изчисляването на крайната скорост на падащ обект особено трудно, тъй като плътността на въздуха ще се промени, когато обектът загуби височина. Можете обаче да потърсите приблизителна плътност на въздуха в учебници и други справки.
- Като грубо ориентиране, плътността на въздуха на морското равнище, когато температурата е 15 ° C, е 1,225 kg / m3.
- 2 Оценете коефициента на съпротивление на обекта. Този номер се основава на това колко рационализиран е обектът. За съжаление това е много сложно число за изчисляване и включва изготвянето на определени научни предположения. Не се опитвайте сами да изчислявате коефициента на съпротивление без помощта на аеродинамичен тунел и някаква сериозна аеродинамична математика. Вместо това потърсете приближение въз основа на подобно оформен обект.
- 3 Изчислете проектираната площ на обекта. Последната променлива, която трябва да знаете, е секционната площ, която обектът представя на средата. Представете си силуета на падащия обект, който виждате, когато вдигате поглед точно отдолу. Тази форма, проектирана върху равнина, е проектираната област. Отново, това е трудна стойност за изчисляване с каквото и да било, но с прости геометрични обекти.
- 4 Разберете силата на съпротивление, която се противопоставя на привличането надолу на гравитацията. Ако знаете скоростта на обекта, но не и силата на плъзгане, можете да използвате формулата за изчисляване на силата на плъзгане. Това е (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2. Реклама
Въпроси и отговори на общността
Търсене Добавете нов въпрос- Въпрос: Ако спадът пада свободно с терминалната скорост, тогава какво ще се случи? Той ще продължи да пада с тази скорост, без да ускорява, докато удари нещо.
- Въпрос: Какво е бейсджампинг? B.A.S.E е съкращение от Сгради, Антени, Пролети и Земя. BASE jumping е екстремен спорт, при който скачате от тези различни форми и разполагате с малък парашут.
- Въпрос: Каква скорост е терминалната скорост? Бен Халфорд Зависи от теглото, формата и плътността на въздуха. Следователно имате начин да го изчислите, тъй като той не е константа.
- Въпрос Как да намеря крайната скорост само с радиус и маса? Не можеш. Имате нужда от повече информация, за да решите уравнението.
- Въпрос Равна ли е скоростната скорост в пространството на скоростта на светлината? Мат Паток Всичко с маса изисква безкрайна сила, за да достигне скоростта на светлината, така че дори във вакуум е невъзможно да се достигне скоростта на светлината. Това е наистина сложно, тъй като светлината е съставена от фотони, които са безмасови частици. Поради този закон крайната скорост във вакуум би била 99,999 ...% от скоростта на светлината. Според Теорията за специалната относителност на Айнщайн това също води до пътуване във времето в бъдещето, защото приближаването на скоростта на светлината забавя времето. Ако можете да пътувате по-бързо от светлината, терминалната скорост би била напълно несъществуваща (ще продължите да ускорявате). По принцип терминалната скорост в космоса е просто една безкрайно малка, по-бавна от светлината.
- Въпрос: Каква е промяната в инерцията на 950 кг автомобил, който се движи от 40 m / s до 31 m / s? Импулсът (kgm / s) е равен на маса (kg) по скорост (m / s). 950kg * 40m / s = 38000kgm / s 950kg * 31m / s = 29450kgm / s 29450kgm / s - 38000kgm / s = -8550kgm / s
- Въпрос: Какво е разстоянието, необходимо за свободно падаща маса от 100 кг, за да достигне T.V.? По дефиницията за свободно падане няма въздушно съпротивление. Тъй като крайната скорост се достига, когато силата на въздушното съпротивление = силата на гравитацията, този въпрос е трик въпрос.
- Въпрос Как мога да определя крайната скорост на плаващия обект като малка лодка? Терминалната скорост се отнася до равновесната скорост, когато обектът пада през среда. Лодката няма скорост спрямо най-подходящата среда - водата. Ако лодката потъваше, тогава тя можеше да получи крайна скорост, като в този случай се прилага дискусията по-горе.
- Въпрос Как да изчисля скоростта, с която парашутистът пада след достигане на крайната скорост, използвайки времето след достигане на крайната скорост и разстоянието, паднало след достигане на крайната скорост? Ако парашутист е достигнал телевизия, той вече не ускорява надолу. Ако знаете времето, през което е паднал след достигане на телевизия, и разстоянието, което е паднало, тогава неговият T.V. = dist / time. Това се дължи на факта, че компонентът на ускорението е нула (поради това, че е с терминална скорост).
- Въпрос: Ако обект пада с терминална скорост и към обекта се приложи външна сила със същата посока като посоката на падане, би ли се постигнала нова терминална скорост? Ще добавите маса и евентуално ще промените плъзгача. Ще трябва да преизчислите отчитането на различен „обект“. Възможно е вторичният обект да е бил повлиян от по-ниска плътност на въздуха поради следата от първия обект. Също така е възможно плъзгането да се промени драстично, тъй като въздушният поток между два обекта е много сложен. Вижте аеродинамиката като F1, която трябва да отчита вихрите. Със сигурност ще има някакъв трансфер на енергия при удар, но той все пак ще се върне към телевизора си, като има достатъчно време все още във въздуха.
- Можем ли да изчислим крайната скорост, когато се даде стойността на дължината, масата, съпротивлението и плътността на потока? Отговор
- Какво ще стане, ако имам само време, маса и разстояние, без плътност през водата или площта или сила на влачене? Отговор
- Чел съм, че циментовите и стоманени „бомби“, използвани от военните по време на обучение, предизвикват звуков бум при спускането им. Може ли падащ предмет да пробие звуковата бариера? Отговор
- Как да изчисля резултантната сила на водолаза, когато скоростта му е 5,5 m / s? Отговор
- Има ли различни терминални скорости? Отговор
Реклама
Видео . Чрез използването на тази услуга, част от информацията може да бъде споделена с YouTube.
Съвети
- Скоростта на терминала всъщност ще се промени леко по време на свободното падане. Гравитацията леко се покачва, когато обектът се приближава до центъра на земята, но количеството е незначително. Плътността на средата ще се повиши, когато обектът попадне по-дълбоко в средата. Това е много по-забележим ефект. Парашутистът всъщност ще се забави с падането, тъй като атмосферата става все по-дебела с падането на височината.
- Без отворен парашут парашутистът би ударил земята със скорост около 210 км / ч.
Реклама
