Mehānika
Robežātrums
Vēro, kā ātrums izlīdzinās jau labi pirms nosēšanās un paātrinājums (a) krītas uz 0, kad gaisa pretestība panāk gravitāciju.
Robežātrums — interaktīva Mehānika simulācija. Vēro, kā ātrums izlīdzinās jau labi pirms nosēšanās un paātrinājums (a) krītas uz 0, kad gaisa pretestība panāk gravitāciju. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Robežātrums
Kad krītošs ķermenis paātrinās, gaisa pretestība aug, līdz līdzsvaro svaru. Paātrinājums tad krītas uz nulli un ātrums izlīdzinās.
Pirms robežātruma svars pārsniedz pretestību, un ķermenis paātrinās. Ātrumam augot, pretestība aug, līdz rezultējošais spēks ir nulle. Ķermenis tad krīt ar gandrīz nemainīgu robežātrumu.
- F_net = mg − F_drag
- Pie robežātruma: a → 0
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Izpletņlēcējs krīt caur gaisu, kas atspiežas ar pretestības spēku, kas aug ar ātrumu. Ja izpletņlēcējs pielāgo ķermeņa pozīciju, lai palielinātu gaisa pretestību, vai viņa pastāvīgais krišanas ātrums (robežātrums) iznāk lielāks, mazāks vai tas pats nekā ar mazāku pretestību?
Prognozes, ko svērt
- Lielāka gaisa pretestība dod lielāku robežātrumu
- Robežātrums ir tas pats neatkarīgi no gaisa pretestības
- Lielāka gaisa pretestība dod mazāku robežātrumu
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Masa (kg)
- Gaisa pretestība
Ko tu mēri:
- Robežātrums (m/s)
- KE pie robežātruma (J)
Kā izpēte norit
- Atver robežātruma eksperimentu. Izpletņlēcējs (bumba) sākas pie skatuves augšas un krīt gravitācijas ietekmē, gaisa pretestībai darbojoties uz to.
- Pārliecinies, ka ātruma zonde ir pievienota izpletņlēcējam, tad pārbaudi tā masu un gaisa pretestības (frictionAir) vērtību Īpašību panelī.
- Katrai rindai zemāk iestati izpletņlēcēja masu un gaisa pretestību Īpašību panelī atbilstoši, palaid simulāciju, līdz zondes ātruma rādījums beidz mainīties (tas tuvosies pastāvīgai vērtībai, pirms izpletņlēcējs sasniedz grīdu), un ieraksti šo pastāvīgo ātrumu.
Noteicošais vienādojums
Ņūtona otrais likums līdzsvarā — F = m·a
Rezultējošais spēks ir masa reiz paātrinājums. Izpletņlēcējam paātrinoties, augšupvērstā pretestības spēks aug, līdz tieši līdzsvaro gravitācijas vilkšanu uz leju — rezultējošais spēks (un līdz ar to paātrinājums) krītas uz nulli, un ātrums beidz mainīties. Šis pastāvīgais ātrums ir tavs izmērītais robežātrums.
Kinētiskā enerģija — KE = ½·m·v²
Kinētiskā enerģija ir puse no masas reiz ātruma kvadrāts. Kad izpletņlēcējs sasniedz robežātrumu, šī ir kinētiskā enerģija, ko tas nes atlikušajā krišanas daļā — enerģija, ko gaisa pretestība nepārtraukti aizvāc kā siltumu, noturot ātrumu nemainīgu.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Katrai rindai sareizini savu izmērīto robežātrumu ar gaisa pretestības vērtību un tad ar 60. Tev jānonāk tuvu 9.8 × (1 − gaisa pretestība), nevis precīzi 9.8. Kāpēc? Simulācija pielieto pretestību reizi uz kadru, nevis nepārtraukti, un tas maksā tieši vienu reizinātāju (1 − gaisa pretestība). Ko līdzsvars tomēr saka par spēkiem, kad izpletņlēcējs beidz paātrināties?
- Katra rinda izmanto vienu un to pašu masu. Vai masa parādās kaut kur sakarībā, ko tu atradi iepriekšējā jautājumā? Pēc taviem datiem, vai smagāks izpletņlēcējs sasniedz citu robežātrumu nekā vieglāks šajā simulācijā?
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Īstā gaisa pretestība aug ar ātruma kvadrātu, nevis tieši ar ātrumu, un tās stiprums atkarīgs no ķermeņa šķērsgriezuma laukuma un masas. Prognozē, kā īsta izpletņlēcēja robežātrums mainītos starp pozīciju „izplests ērglis” ar seju uz leju un niršanu ar kājām uz leju — un kāpēc masa svarīga īstam izpletņlēcējam, kaut tavos datos augstāk tā nebija.
- Izpletņlēcējs atver izpletni, kas strauji palielina gaisa pretestību. Izmantojot atrasto sakarību, prognozē, kas notiek ar krišanas ātrumu tieši pēc kupola atvēršanas, un izskaidro, kāpēc ātrums nelec uzreiz uz jauno robežātrumu.
- 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
- Sveicināts robežātruma eksperimentā
- Atlasīts izpletņlēcēju
- Nospied „Atskaņot”
- Ātrums izlīdzinās
- Atver datus
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →