Granična brzina: pad kroz otpor zraka

1 · Predviđanje

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?

• Veći otpor zraka daje višu graničnu brzinu
• Granična brzina ista je bez obzira na otpor zraka
• Veći otpor zraka daje nižu graničnu brzinu

2 · Postava

1. Otvori postav Granična brzina. Padobrasac (loptica) počinje pri vrhu scene i pada pod gravitacijom dok otpor zraka djeluje na njega.
2. Potvrdi da je sonda brzine pričvršćena na padobrasca, a zatim provjeri njegovu masu i vrijednost otpora zraka (frictionAir) u ploči Svojstva.
3. 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.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj otpor zraka (x-os) naspram izmjerene granične brzine (y-os). Je li odnos pravac? Koji je oblik?

4 · Analiza

1. 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?
2. 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?

5 · Proširenje

1. 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.
2. 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.

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis