Velocitat límit: caure amb arrossegament

1 · Prediu

Un paracaigudista cau per l'aire, que li torna una força d'arrossegament que creix amb la velocitat. Si el paracaigudista canvia la posició del cos per augmentar aquell arrossegament, la seva velocitat de caiguda estable (velocitat límit) acaba sent més alta, més baixa o igual que amb menys arrossegament?

• Més arrossegament dóna una velocitat límit més alta
• La velocitat límit és la mateixa sigui quina sigui l'arrossegament
• Més arrossegament dóna una velocitat límit més baixa

2 · Configura

1. Obre el predefinit de Velocitat límit. Un paracaigudista (bola) comença a la part alta de l'escena i cau per gravetat mentre l'arrossegament de l'aire actua sobre ell.
2. Comprova que la sonda de velocitat és adjunta al paracaigudista, i revisa'n la massa i el valor d'arrossegament de l'aire (frictionAir) al panell de Propietats.
3. Per a cada fila de sota, defineix al panell de Propietats la massa i l'arrossegament del paracaigudista, executa la simulació fins que la lectura de velocitat de la sonda deixi de canviar (s'acostarà a un valor estable abans d'arribar a terra) i enregistra aquella velocitat estable.

3 · Recull dades

Representa l'arrossegament (eix x) contra la velocitat límit mesurada (eix y). La relació és una recta? Quina forma té?

4 · Analitza

1. Per a cada fila, multiplica la velocitat límit mesurada pel valor d'arrossegament i després per 60. Hauries d'arribar a prop de 9.8 × (1 − arrossegament), no exactament 9.8. Per què? La simulació aplica l'arrossegament un cop per fotograma i no contínuament, i això costa exactament un factor d'(1 − arrossegament). Què et diu l'equilibri sobre les forces un cop el paracaigudista deixa d'accelerar?
2. Totes les files fan servir la mateixa massa. Apareix la massa enlloc de la relació que has trobat a la pregunta anterior? Segons les teves dades, un paracaigudista més pesant assoleix una velocitat límit diferent d'un de lleuger en aquesta simulació?

5 · Amplia

1. La resistència de l'aire real creix amb el quadrat de la velocitat, no directament amb la velocitat, i la seva força depèn de la secció i la massa de l'objecte. Prediu com canviaria la velocitat límit d'un paracaigudista real entre una posició de panxa enlaire «en creu» i un capbusso de peus primer, i per què la massa importa per a un paracaigudista real tot i que no ho feia a les teves dades de sobre.
2. Un paracaigudista obre el paracaigudes, cosa que incrementa de cop el seu arrossegament. Amb la relació que has trobat, prediu què passa amb la seva velocitat de caiguda just després que la campana s'obri, i explica per què no salta instantàniament a la nova velocitat límit.

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles