Mechanika
Ribinis greitis
Stebėk, kaip greitis išsilygina dar prieš nusileidimą, o pagreitis (a) krenta link 0, kai oro pasipriešinimas pasiveja gravitaciją.
Ribinis greitis — interaktyvi Mechanika simuliacija. Stebėk, kaip greitis išsilygina dar prieš nusileidimą, o pagreitis (a) krenta link 0, kai oro pasipriešinimas pasiveja gravitaciją. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Ribinis greitis
Krentančiam objektui įsibėgėjant, oro pasipriešinimas auga, kol subalansuoja svorį. Pagreitis tada nukrenta iki nulio, o greitis išsilygina.
Iki ribinio greičio svoris viršija pasipriešinimą ir objektas įsibėgėja. Greičiui augant, pasipriešinimas didėja, kol rezultuojanti jėga tampa nulinė. Objektas tada krenta beveik pastoviu ribiniu greičiu.
- F_net = mg − F_drag
- Esant ribiniam greičiui: a → 0
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Parašiutininkas krenta pro orą, kuris stumia atgal pasipriešinimo jėga, augančia su greičiu. Jei parašiutininkas pakeis kūno padėtį taip, kad padidintų tą oro pasipriešinimą, ar jo pastovusis kritimo greitis (ribinis greitis) galiausiai bus didesnis, mažesnis ar toks pat kaip su mažesniu pasipriešinimu?
Svarstytini spėjimai
- Didesnis oro pasipriešinimas duoda didesnį ribinį greitį
- Ribinis greitis toks pats nepriklausomai nuo oro pasipriešinimo
- Didesnis oro pasipriešinimas duoda mažesnį ribinį greitį
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Masė (kg)
- Oro pasipriešinimas
Ką tu matauji:
- Ribinis greitis (m/s)
- KE esant ribiniam greičiui (J)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk Ribinio greičio eksperimentą. Parašiutininkas (rutulys) pradeda netoli scenos viršaus ir krenta veikiamas gravitacijos, o oro pasipriešinimas veikia jį.
- Įsitikink, kad greičio zondas prikabintas prie parašiutininko, tada patikrink jo masę ir oro pasipriešinimo (frictionAir) reikšmę Savybių skydelyje.
- Kiekvienai žemiau esančiai eilutei nustatyk parašiutininko masę ir oro pasipriešinimą Savybių skydelyje, paleisk simuliaciją, kol zondo greičio rodmuo nustos keistis (jis artės prie pastoviosios reikšmės dar prieš parašiutininkui pasiekiant grindis), ir užsirašyk tą pastovųjį greitį.
Valdančioji lygtis
Antrasis Niutono dėsnis pusiausvyroje — F = m·a
Rezultuojanti jėga lygi masei kart pagreitis. Parašiutininkui greitėjant, aukštyn veikianti pasipriešinimo jėga auga, kol tiksliai subalansuoja žemyn traukiančią gravitaciją — rezultuojanti jėga (tad ir pagreitis) nukrinta iki nulio, o greitis nustoja keistis. Tas pastovusis greitis yra tavo išmatuotas ribinis greitis.
Kinetinė energija — KE = ½·m·v²
Kinetinė energija — pusė masės kart greitis kvadratu. Kai parašiutininkas pasiekia ribinį greitį, tai yra kinetinė energija, kurią jis neša likusiai kritimo daliai — energija, kurią oro pasipriešinimas nuolat šalina kaip šilumą, palaikydamas greitį pastovų.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Kiekvienai eilutei padaugink išmatuotą ribinį greitį iš oro pasipriešinimo reikšmės ir tada iš 60. Turėtum nusileisti arti 9.8 × (1 − oro pasipriešinimo), o ne tiksliai 9.8. Kodėl? Simuliacija taiko pasipriešinimą kartą per kadrą, o ne nuolat, ir tai kainuoja būtent vien (1 − oro pasipriešinimo) daugiklį. Ką balansas vis dar sako apie jėgas, kai parašiutininkas nustoja greitėti?
- Kiekviena eilutė naudoja tą pačią masę. Ar masė kur nors pasirodo ryšyje, kurį radai ankstesniame klausime? Pagal savo duomenis, ar sunkesnis parašiutininkas šioje simuliacijoje pasiekia kitokį ribinį greitį nei lengvesnis?
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Realusis oro pasipriešinimas auga su greičio kvadratu, o ne tiesiogiai su greičiu, ir jo stipris priklauso nuo objekto skerspjūvio ploto ir masės. Prognozuok, kaip realaus parašiutininko ribinis greitis keistųsi tarp pilvu žemyn „išskėstų rankų“ padėties ir kojomis žemyn niro — ir kodėl masė reiškia realiam parašiutininkui, nors tavo aukščiau esančiuose duomenyse nereiškė.
- Parašiutininkas atidaro parašiutą, kuris staigiai padidina jo oro pasipriešinimą. Naudodamas rastą ryšį prognozuok, kas atsitinka jo kritimo greičiui vos tik skėčiui atsivėrus, ir paaiškink, kodėl jis neperšoka akimirksniu prie naujojo ribinio greičio.
- 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
- Sveiki atvykę prie ribinio greičio
- Pasirink parašiutininką
- Spausk Leisti
- Greičio plokščia
- Atidaryk duomenis
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →