Mechanika
Végsebesség
Nézd, ahogy a sebesség jóval a talaj érése előtt kiegyenlítődik, és a gyorsulás (a) 0 felé tart, ahogy a légellenállás beéri a gravitációt.
Végsebesség — interaktív Mechanika szimuláció. Nézd, ahogy a sebesség jóval a talaj érése előtt kiegyenlítődik, és a gyorsulás (a) 0 felé tart, ahogy a légellenállás beéri a gravitációt. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Végsebesség
Ahogy az eső test felgyorsul, a légellenállás nő, amíg kiegyensúlyozza a súlyt. A gyorsulás ekkor nullára esik, és a sebesség kiegyenlítődik.
Végsebesség előtt a súly meghaladja a légellenállást, és a test gyorsul. Ahogy a sebesség nő, az ellenállás nő, amíg az eredő erő null nem lesz. A test ezután majdnem állandó végsebességgel esik.
- F_net = mg − F_drag
- Végsebességnél: a → 0
Vizsgálódási összefoglaló
Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort
Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.
Vezérlő kérdés
Egy ejtőernyős esik a levegőben, amely a sebességgel növekvő légellenállási erővel tol vissza. Ha az ejtőernyős úgy igazítja a testhelyzetét, hogy növelje a légellenállást, a stabil esési sebessége (végsebesség) magasabb, alacsonyabb vagy ugyanaz lesz, mint kisebb ellenállásnál?
Mérlegelendő jóslatok
- Több légellenállás magasabb végsebességet ad
- A végsebesség ugyanaz, bármekkora a légellenállás
- Több légellenállás alacsonyabb végsebességet ad
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Tömeg (kg)
- Légellenállás
Amit mérsz:
- Végsebesség (m/s)
- KE végsebességnél (J)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg a Végsebesség előbeállítást. Egy ejtőernyős (labda) a jelenet teteje közelében indul, és gravitáció alatt esik, miközben légellenállás hat rá.
- Ellenőrizd, hogy a sebességmérő az ejtőernyőshöz csatlakozik, majd nézd meg a tömegét és a légellenállás (frictionAir) értékét a Tulajdonságok panelen.
- Minden alábbi sorhoz állítsd be az ejtőernyős tömegét és légellenállását a Tulajdonságok panelen, futtasd a szimulációt, amíg a mérő sebesség-leolvasása meg nem áll (stabil értékhez közelít, mielőtt az ejtőernyős a padlóhoz ér), és rögzítsd azt a stabil sebességet.
Vezéregyenlet
Newton második törvénye egyensúlyban — F = m·a
Az eredő erő egyenlő a tömeg és a gyorsulás szorzatával. Ahogy az ejtőernyős felgyorsul, a felfelé ható légellenállás ereje nő, amíg pontosan ki nem egyensúlyozza a lefelé húzó gravitációt — az eredő erő (és ezért a gyorsulás) nullára esik, és a sebesség változása megáll. Ez a stabil sebesség a mért végsebesség.
Mozgási energia — KE = ½·m·v²
A mozgási energia a tömeg és a sebesség négyzetének fele. Amint az ejtőernyős végsebességet ér, ez az a mozgási energia, amelyet az esés hátralévő részében hordoz — energiát, amelyet a légellenállás folyamatosan hőként távolít el, tartva a sebességet állandón.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Minden sornál szorozd meg a mért végsebességet a légellenállás értékével, majd 60-tal. A 9.8 × (1 − légellenállás) közelébe kell érned, nem pontosan 9.8-ra. Miért? A szimuláció képkockánként egyszer alkalmazza az ellenállást, nem folyamatosan, és ez pontosan egy (1 − légellenállás) faktorba kerül. Mit mond a kiegyensúlyozás a végsebesség elérése után az erőkről?
- Minden sor ugyanazt a tömeget használja. Szerepel-e a tömeg valahol az előző kérdésben talált kapcsolatban? Az adataid szerint egy nehezebb ejtőernyős más végsebességet ér-e el, mint egy könnyebb ebben a szimulációban?
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- A valódi légellenállás a sebesség négyzetével nő, nem a sebességgel, és erőssége az objektum keresztmetszetétől és tömegétől függ. Jósld meg, hogyan változna egy valódi ejtőernyős végsebessége a hason fekvő „terpesz” helyzet és a lábbal előre zuhanás között — és miért számít a tömeg egy valódi ejtőernyősnél, bár az adataidban nem számított.
- Egy ejtőernyős kinyitja az ernyőt, ami hirtelen megnöveli a légellenállását. A talált kapcsolattal jósld meg, mi történik az esési sebességével közvetlenül a kupola nyílása után, és magyarázd meg, miért nem ugrik azonnal az új végsebességre.
- 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
- Üdv a Végsebességnél
- Válaszd ki az ejtőernyőst
- Nyomd meg az Indítást
- A sebesség beáll
- Nyisd meg az adatokat
- Sikerült!
Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.