Mehanika
Granična brzina
Gledaj kako se brzina izjednačuje dobro prije slijetanja, a ubrzanje (a) teži prema 0 dok otpor zraka dostiže gravitaciju.
Granična brzina — interaktivna simulacija: Mehanika. Gledaj kako se brzina izjednačuje dobro prije slijetanja, a ubrzanje (a) teži prema 0 dok otpor zraka dostiže gravitaciju. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Granična brzina
Kad padajući objekt ubrzava, otpor zraka raste dok ne uravnoteži težinu. Ubrzanje tada pada na nulu, a brzina se izjednačuje.
Prije granične brzine težina prelazi otpor i objekt ubrzava. Kako brzina raste, otpor raste dok rezultantna sila ne postane nula. Objekt tada pada gotovo stalnom graničnom brzinom.
- F_net = mg − F_drag
- Pri graničnoj brzini: a → 0
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Padobrasac pada kroz zrak koji uzvraća silom otpora koja raste s brzinom. Ako padobrasac prilagodi položaj tijela da poveća otpor zraka, hoće li njegova stabilna brzina pada (granična brzina) biti viša, niža ili ista kao s manjim otporom?
Predviđanja za odvagnuti
- Veći otpor zraka daje višu graničnu brzinu
- Granična brzina ista je bez obzira na otpor zraka
- Veći otpor zraka daje nižu graničnu brzinu
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Masa (kg)
- Otpor zraka
Što mjeriš:
- Granična brzina (m/s)
- KE pri graničnoj brzini (J)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav Granična brzina. Padobrasac (loptica) počinje pri vrhu scene i pada pod gravitacijom dok otpor zraka djeluje na njega.
- Potvrdi da je sonda brzine pričvršćena na padobrasca, a zatim provjeri njegovu masu i vrijednost otpora zraka (frictionAir) u ploči Svojstva.
- Za svaki redak dolje postavi masu padobrasca i otpor zraka u ploči Svojstava tako da odgovaraju, pokreni simulaciju dok se očitanje brzine sonde prestane mijenjati (približit će se stabilnoj vrijednosti prije nego padobrasac dosegne pod), i zabilježi tu stabilnu brzinu.
Odgovarajuća jednadžba
Drugi Newtonov zakon pri ravnoteži — F = m·a
Rezultantna sila jednaka je masi puta ubrzanju. Kako padobrasac ubrzava, uzlazna sila otpora raste dok točno ne uravnoteži silazni privlačnost gravitacije — rezultantna sila (a time i ubrzanje) pada na nulu i brzina prestaje mijenjati. Ta stabilna brzina je granična brzina koju si izmjerio.
Kinetička energija — KE = ½·m·v²
Kinetička energija je pola mase puta kvadrat brzine. Kad padobrasac dostigne graničnu brzinu, to je kinetička energija koju nosi ostatkom pada — energija koju otpor zraka kontinuirano odnosi kao toplinu, držeći brzinu stalnom.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za svaki redak pomnoži izmjerenu graničnu brzinu s vrijednošću otpora zraka, a zatim s 60. Trebali bi doći blizu 9.8 × (1 − otpor zraka), a ne točno 9.8. Zašto? Simulacija primjenjuje otpor jednom po slici, a ne neprekidno, i to točno košta jedan faktor (1 − otpor zraka). Što ravnoteža ipak govori o silama kad padobrasac prestane ubrzavati?
- Svaki redak koristi istu masu. Pojavljuje li se masa igdje u odnosu koji si našao u prethodnom pitanju? Prema svojim podacima, dostiže li teži padobrasac drugu graničnu brzinu od lakšeg u ovoj simulaciji?
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Pravi otpor zraka raste s kvadratom brzine, a ne izravno s brzinom, a njegova jakost ovisi o površini poprečnog presjeka objekta i masi. Predvidi kako bi se granična brzina pravog padobrasca promijenila između položaja „raširenog orla“ licem prema dolje i ponira nogama — i zašto masa bituje za pravog padobrasca iako u tvojim gore navedenim podacima nije.
- Padobrasac otvara padobran koji naglo povećava otpor zraka. Koristeći odnos koji si našao, predvidi što se događa s brzinom pada odmah nakon otvaranja kupole i objasni zašto ne skače odmah na novu graničnu brzinu.
- 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
- Dobro došli u graničnu brzinu
- Odaberi padobrasca
- Pritisni Pokreni
- Brzina se izjednačuje
- Otvori podatke
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →