Rajanopeus: putoaminen ilmanvastuksen läpi

1 · Ennusta

Laskuvarjohyppääjä putoaa ilman läpi, joka työntää takaisin nopeuden kasvavalla ilmanvastusvoimalla. Jos hyppääjä säätää kehoasentoaan lisätäkseen ilmanvastusta, jäätyykö hänen vakaa putoamisnopeutensa (rajanopeus) korkeammaksi, matalammaksi vai samaksi kuin pienemmällä vastuksella?

• Enemmän ilmanvastusta antaa korkeamman rajanopeuden
• Rajanopeus on sama riippumatta ilmanvastuksesta
• Enemmän ilmanvastusta antaa matalamman rajanopeuden

2 · Kokoa

1. Avaa Rajanopeus-esiasetuksen. Laskuvarjohyppääjä (pallo) alkaa läheltä kohtauksen yläosaa ja putoaa painovoiman vaikutuksesta, kun ilmanvastus vaikuttaa siihen.
2. Varmista, että nopeusanturi on kiinnitetty hyppääjään, ja tarkista sen massa sekä ilmanvastuksen (frictionAir) arvo Ominaisuudet-paneelissa.
3. Jokaiselle alla olevalle riville aseta hyppääjän massa ja ilmanvastus Ominaisuudet-paneelissa täsmäämään, suorita simulaatio, kunnes anturin nopeuslukema lakkaa muuttumasta (se lähestyy vakaata arvoa ennen kuin hyppääjä saavuttaa lattian), ja kirjaa se vakaa nopeus.

3 · Kerää data

Kuvaa ilmanvastus (x-akseli) mittaamaasi rajanopeutta vasten (y-akseli). Onko suhde suora viiva? Millainen muoto se on?

4 · Analysoi

1. Jokaiselle riville kerrota mittaamasi rajanopeus ilmanvastusarvolla ja sitten luvulla 60. Sinun pitäisi päätyä lähelle arvoa 9.8 × (1 − ilmanvastus), ei tasan 9.8. Miksi? Simulaatio kohdistaa vastuksen kerran per ruutu eikä jatkuvasti, ja se maksaa täsmälleen yhden kertoimen (1 − ilmanvastus). Mitä tasapaino kertoo sinulle voimista, kun hyppääjä lakkaa nopeutumasta?
2. Jokainen rivi käyttää samaa massaa. Ilmestyykö massa mihinkään suhteeseen, jonka löysit edellisessä kysymyksessä? Datan perusteella saavuttaako raskaampi hyppääjä eri rajanopeuden kuin kevyempi tässä simulaatiossa?

5 · Laajenna

1. Todellinen ilmanvastus kasvaa nopeuden neliönä, ei suoraan nopeuden mukaan, ja sen voimakkuus riippuu kappaleen poikkipinta-alasta ja massasta. Ennusta, miten todellisen hyppääjän rajanopeus muuttuisi vatsa alas -asennosta jalat alas -sukellukseen – ja miksi massa merkitsee todelliselle hyppääjälle, vaikka ei merkinnyt yllä olevassa datassasi.
2. Laskuvarjohyppääjä avaa laskuvarjon, mikä kasvattaa hänen ilmanvastustaan jyrkästi. Käyttäen löytämääsi suhdetta ennusta, mitä hänen putoamisnopeudelleen tapahtuu heti kuormakangkaan avauduttua, ja selitä, miksi hän ei hyppää heti uuteen rajanopeuteen.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia