अंतिम चाल: ड्रॅगमधून पडणे
1 · अनुमान
स्कायडायव्हर हवेतून पडतो, व हवा चालीसह वाढणारा ड्रॅग-बल देऊन परत ढकलते. स्कायडायव्हर ती हवा-ड्रॅग वाढवेल अशी शरीर-स्थिती घेतल्यास, त्याची स्थिर पडण्याची चाल (अंतिम चाल) कमी ड्रॅगच्या तुलनेत जास्त, कमी की तशीच राहते?
- जास्त हवा-ड्रॅग जास्त अंतिम चाल देतो
- हवा-ड्रॅग कितीही असो, अंतिम चाल तशीच
- जास्त हवा-ड्रॅग कमी अंतिम चाल देतो
2 · मांडणी
- अंतिम चाल प्रीसेट उघडा. स्कायडायव्हर (चेंडू) दृश्याच्या वर असून गुरुत्वाखाली पडतो व हवा-ड्रॅग त्यावर काम करतो.
- चाल-प्रोब स्कायडायव्हरवर जोडला आहे याची खात्री करा, मग गुणधर्म पॅनेलमध्ये त्याचे वस्तुमान व हवा-ड्रॅग (frictionAir) मूल्य तपासा.
- खालील प्रत्येक ओळीसाठी स्कायडायव्हरचे वस्तुमान व हवा-ड्रॅग गुणधर्म पॅनेलमध्ये जुळवा, प्रोबचे चाल-वाचन बदलणे थांबेपर्यंत सिम्युलेशन चालवा (जमिनीपर्यंत पोहोचण्यापूर्वीच ते स्थिर मूल्याकडे जाईल), व ती स्थिर चाल नोंदवा.
3 · डेटा गोळा करा
| वस्तुमान (kg) | हवा-ड्रॅग | अंतिम चाल (m/s) | अंतिम चालीवरील KE (J) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.04 | ||
| 1.00 | 0.06 | ||
| 1.00 | 0.10 |
हवा-ड्रॅग (x-अक्ष) विरुद्ध मोजलेली अंतिम चाल (y-अक्ष) आलेखित करा. नाते सरळ रेषा आहे का? आकार काय आहे?
4 · विश्लेषण
- प्रत्येक ओळीसाठी मोजलेली अंतिम चाल × हवा-ड्रॅग मूल्य × 60. तुम्ही 9.8 × (1 − हवा-ड्रॅग) च्या जवळ याल, नेमके 9.8 ला नाही. का? सिम्युलेशन ड्रॅग सातत्याने नव्हे तर प्रति-फ्रेम लावते, व त्याची नेमकी (1 − हवा-ड्रॅग) पदावती खर्च होते. स्कायडायव्हर जलद होणे थांबवल्यावर बलांबद्दल ते संतुलन अजून काय सांगते?
- प्रत्येक ओळ त्याच वस्तुमानाची आहे. तुम्ही आधीच्या प्रश्नात सापडलेल्या नात्यात वस्तुमान कुठे तरी दिसते का? तुमच्या डेटावरून, या सिम्युलेशनमध्ये जड स्कायडायव्हर हलक्यापेक्षा वेगळी अंतिम चाल गाठतो का?
5 · विस्तार
- खरा हवा-प्रतिकार चालीच्या वर्गाने वाढतो, थेट चालीने नाही, व त्याची ताकद वस्तूच्या छेद-क्षेत्रफळ व वस्तुमानावर अवलंबून असते. खऱ्या स्कायडायव्हरची अंतिम चाल पोटाखाली 'पसरलेल्या पंखांच्या' स्थिती व पायांखाली उतरण्याच्या स्थितीत कशी बदलेल याचे भाकीत करा — व वरील डेटात न दिसलेले वस्तुमान खऱ्या स्कायडायव्हरसाठी का महत्त्वाचे आहे तेही.
- स्कायडायव्हर छत्री उघडतो, ज्यामुळे त्याचा हवा-ड्रॅग झपाट्याने वाढतो. तुम्ही सापडलेल्या नात्यावरून, छत्री उघडल्यावर लगेच त्याची पडण्याची चाल काय होते याचे भाकीत करा, व तो नवीन अंतिम चालीवर झटपट का उडी घेत नाही ते स्पष्ट करा.
या प्रयोगामागील भौतिकशास्त्र
संतुलनावर न्यूटनचा दुसरा नियम
एकूण बल म्हणजे वस्तुमान × त्वरण. स्कायडायव्हर जलद होत असताना वरचा ड्रॅग-बल वाढतो जोपर्यंत खालच्या गुरुत्व-ओढीशी नेमका संतुलित होत नाही — एकूण बल (म्हणूनच त्वरण) शून्यावर येते व चाल बदलणे थांबते. ती स्थिर चाल म्हणजे तुम्ही मोजलेली अंतिम चाल.
गतिज ऊर्जा
गतिज ऊर्जा म्हणजे अर्धा वस्तुमान गुणिले चालीचा वर्ग. स्कायडायव्हर अंतिम चाल गाठल्यावर ही त्याची पडण्याच्या उर्वरित भागातील गतिज ऊर्जा — हवा-प्रतिकार ती उष्णता म्हणून सातत्याने काढून चाल स्थिर ठेवतो.
यांत्रिकी
- प्रक्षेप्य गती व गतिज ऊर्जा
- उतारावरील चेंडू: घर्षणहीन उतारावरील ऊर्जा
- घर्षण उतारावरील घन: स्थैतिक-घर्षण सीमा शोधणे
- बल प्रयोगशाळा: न्यूटनचा दुसरा नियम
- विरुद्ध बले: न्यूटनचा दुसरा नियम व संवेग
- उसळणारा चेंडू: आघातावरील ऊर्जा हानी
- प्रत्यास्थ टक्कर व संवेग संवरकता
- अप्रत्यास्थ टक्कर व संवेग संवरकता
- न्यूटनचे होडे: संवेग व ऊर्जा हस्तांतरण
- सरल लंब
- स्प्रिंगला टांगलेले वस्तुमान: सरल आवर्ती गती
- एकसमान वृत्तीय गती व अभिकेंद्र बल