Sluthastighed: Fald med luftmodstand

1 · Forudsig

En faldskærmsudspringer falder gennem luften, som skubber imod med en modstandskraft, der vokser med farten. Hvis udspringeren ændrer kropsstilling, så luftmodstanden øges, bliver den konstante faldhastighed (sluthastigheden) så højere, lavere eller den samme som ved mindre modstand?

• Mere luftmodstand giver en højere sluthastighed
• Sluthastigheden er den samme uanset luftmodstand
• Mere luftmodstand giver en lavere sluthastighed

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen Sluthastighed. En faldskærmsudspringer (kugle) starter nær toppen af scenen og falder påvirket af tyngdekraften, mens luftmodstanden virker på den.
2. Kontrollér, at fartmåleren sidder på udspringeren, og tjek derefter dens masse og værdien for luftmodstand (frictionAir) i egenskabspanelet.
3. Indstil for hver række nedenfor udspringerens masse og luftmodstand i egenskabspanelet, kør simulationen, indtil målerens fartaflæsning holder op med at ændre sig (den nærmer sig en fast værdi, før udspringeren når gulvet), og notér den konstante fart.

3 · Saml data

Afbild luftmodstand (x-aksen) mod den sluthastighed, du målte (y-aksen). Er sammenhængen en ret linje? Hvilken form har den?

4 · Analysér

1. Gang for hver række den målte sluthastighed med luftmodstandsværdien og derefter med 60. Du bør lande tæt på 9.8 × (1 − air drag), ikke præcis 9.8. Hvorfor? Simulationen anvender modstanden én gang pr. billede i stedet for løbende, og det koster præcis én faktor (1 − air drag). Hvad fortæller balancen stadig om kræfterne, når udspringeren holder op med at komme hurtigere?
2. Alle rækker bruger samme masse. Optræder massen noget sted i den sammenhæng, du fandt i det forrige spørgsmål? Baseret på dine data: når en tungere faldskærmsudspringer en anden sluthastighed end en lettere i denne simulation?

5 · Udvid

1. Virkelig luftmodstand vokser med farten i anden potens, ikke direkte med farten, og dens styrke afhænger af objektets tværsnitsareal og masse. Forudsig, hvordan en rigtig faldskærmsudspringers sluthastighed ville ændre sig mellem en 'udstrakt' position med bugen ned og et lodret hoveddyk — og hvorfor massen betyder noget for en rigtig udspringer, selvom den ikke gjorde det i dine data ovenfor.
2. En faldskærmsudspringer udløser en faldskærm, som kraftigt øger luftmodstanden. Brug den sammenhæng, du fandt, til at forudsige, hvad der sker med faldhastigheden lige efter skærmen åbner, og forklar, hvorfor udspringeren ikke øjeblikkeligt hopper til den nye sluthastighed.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark