Mehhaanika
Lõppkiirus
Jälgi, kuidas kiirus enne maandumist tasandub ja kiirendus (a) langeb 0 poole, kui õhutakistus jõuab gravitatsioonile järele.
Lõppkiirus — interaktiivne Mehhaanika simulatsioon. Jälgi, kuidas kiirus enne maandumist tasandub ja kiirendus (a) langeb 0 poole, kui õhutakistus jõuab gravitatsioonile järele. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Lõppkiirus
Kui langev keha kiireneb, kasvab õhutakistus, kuni tasakaalustab raskuse. Kiirendus langeb siis nullini ja kiirus tasandub.
Enne lõppkiirust ületab raskus takistuse ja keha kiireneb. Kiiruse kasvades takistus kasvab, kuni resultantjõud on null. Keha langeb siis peaaegu konstantse lõppkiirusega.
- F_net = mg − F_drag
- Lõppkiirusel: a → 0
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Langevarjur langeb õhu läbi, mis lükkab vastu kiirusega kasvava takistusjõuga. Kui langevarjur kohandab oma kehaasendit õhutakistuse suurendamiseks, kas tema püsiv langemiskiirus (lõppkiirus) osutub kõrgemaks, madalamaks või samaks kui väiksema takistusega?
Kaalutavad ennustused
- Rohkem õhutakistust annab kõrgema lõppkiiruse
- Lõppkiirus on sama sõltumata õhutakistusest
- Rohkem õhutakistust annab madalama lõppkiiruse
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Mass (kg)
- Õhutakistus
Mida sa mõõdad:
- Lõppkiirus (m/s)
- KE lõppkiirusel (J)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava lõppkiiruse eelseadistus. Langevarjur (pall) alustab stseeni ülaservas ja langeb gravitatsiooni mõjul, samal ajal kui õhutakistus teda mõjutab.
- Kinnita, et kiiruse sond on langevarjurile kinnitatud, siis kontrolli tema massi ja õhutakistuse (frictionAir) väärtust Omaduste paneelil.
- Sea allpool iga rea jaoks langevarjuri mass ja õhutakistus Omaduste paneelil vastavaks, jooksuta simulatsiooni, kuni sondi kiiruse näit muutuda lakkab (see läheneb püsiväärtusele enne põrandat), ja kirjuta see püsiv kiirus üles.
Juhtiv võrrand
Newtoni teine seadus tasakaalus — F = m·a
Resultantjõud võrdub mass korda kiirendus. Langevarjuri kiirenedes kasvab ülespoole takistusjõud, kuni tasakaalustab täpselt gravitatsiooni allatõmbe — resultantjõud (ja seega kiirendus) langeb nullini ja kiirus lakkab muutumast. See püsiv kiirus on sinu mõõdetud lõppkiirus.
Kineetiline energia — KE = ½·m·v²
Kineetiline energia on pool massist korda kiiruse ruut. Kui langevarjur jõuab lõppkiiruseni, on see kineetiline energia, mida ta langemise lõpuni kannab — energia, mida õhutakistus soojaustena pidevalt eemaldab, hoides kiiruse konstantsena.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Korruta igas reas mõõdetud lõppkiirus õhutakistuse väärtuse ja seejärel 60-ga. Sa peaksid maanduma ligi 9,8 × (1 − õhutakistus), mitte täpselt 9,8 juures. Miks? Simulatsioon rakendab takistust korra kaadri kohta pigem kui pidevalt, ja see maksab täpselt ühe teguri (1 − õhutakistus). Mida jääkvus ikkagi ütleb jõudude kohta, kui langevarjur kiirendamise lõpetab?
- Iga rida kasutab sama massi. Kas mass ilmub kuskile eelmises küsimuses leitud seoses? Kas sinu andmete põhjal jõuab raskem langevarjur selles simulatsioonis teistsuguse lõppkiiruseni kui kergem?
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Päris õhutakistus kasvab kiiruse ruuduga, mitte otse kiirusega, ja tema tugevus sõltub eseme ristlõike pindalast ja massist. Ennusta, kuidas päris langevarjuri lõppkiirus muutuks lamaka „levis kotkas” ja jalad-all sukeldumise vahel — ja miks mass päris langevarjuri jaoks loeb, kuigi sinu ülaltoodud andmetes ei loonud.
- Langevarjur avab langevarju, mis teravalt suurendab tema õhutakistust. Kasutades leitud seost, ennusta, mis juhtub tema langemiskiirusega kohe pärast kupli avamist, ja selgita, miks ta ei hüppa koheselt uude lõppkiirusesse.
- AP Physics 1 — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Forces & Newton's laws
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- Tere tulemast lõppkiiruse juurde
- Vali langevarjur
- Vajuta Esita
- Kiirus tasandub
- Ava andmed
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.