Végsebesség: esés légellenállással

1 · Jóslás

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?

• Több légellenállás magasabb végsebességet ad
• A végsebesség ugyanaz, bármekkora a légellenállás
• Több légellenállás alacsonyabb végsebességet ad

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a Végsebesség előbeállítást. Egy ejtőernyős (labda) a jelenet teteje közelében indul, és gravitáció alatt esik, miközben légellenállás hat rá.
2. Ellenőrizd, hogy a sebességmérő az ejtőernyőshöz csatlakozik, majd nézd meg a tömegét és a légellenállás (frictionAir) értékét a Tulajdonságok panelen.
3. 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.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a légellenállást (x-tengely) a mért végsebességgel (y-tengely) szemben. Egyenes vonal-e? Milyen alakú?

4 · Elemzés

1. 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?
2. 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?

5 · Kiterjesztés

1. 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.
2. 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.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap