Mekanikk
Sluttfart
Se farten flate ut godt før landing, og akselerasjonen (a) falle mot 0 etter hvert som luftmotstanden tar igjen tyngdekraften.
Sluttfart — interaktiv Mekanikk-simulering. Se farten flate ut godt før landing, og akselerasjonen (a) falle mot 0 etter hvert som luftmotstanden tar igjen tyngdekraften. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Sluttfart
Etter hvert som et fallende objekt øker farten, vokser luftmotstanden til den balanserer tyngden. Akselerasjonen synker da til null, og farten flater ut.
Før sluttfarten overstiger tyngden luftmotstanden, og objektet akselererer. Etter hvert som farten øker, vokser luftmotstanden til resultantkraften er null. Objektet faller da med en nesten konstant sluttfart.
- F_net = mg − F_drag
- Ved sluttfart: a → 0
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En fallskjermjumper faller gjennom luften, som skyver tilbake med en luftmotstandskraft som vokser med farten. Hvis fallskjermjumperen justerer kroppsposisjonen for å øke denne luftmotstanden, ender den jevne fallfarten (sluttfarten) opp høyere, lavere eller den samme som med mindre motstand?
Prediksjoner å veie
- Mer luftmotstand gir høyere sluttfart
- Sluttfarten er den samme uansett luftmotstand
- Mer luftmotstand gir lavere sluttfart
Variabelroller
Hva du setter:
- Masse (kg)
- Luftmotstand
Hva du måler:
- Sluttfart (m/s)
- KE ved sluttfart (J)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne Sluttfart-forhåndsinnstillingen. En fallskjermjumper (kule) starter nær toppen av scenen og faller under tyngdekraften mens luftmotstand virker på den.
- Bekreft at fartssonden er festet til fallskjermjumperen, og sjekk deretter massen og luftmotstandsverdien (frictionAir) i Egenskaper-panelet.
- For hver rad under, sett fallskjermjumperens masse og luftmotstand i Egenskaper-panelet tilsvarende, kjør simuleringen til sondens fartavlesning slutter å endre seg (den nærmer seg en jevn verdi før fallskjermjumperen når gulvet), og registrer denne jevne farten.
Styrende likning
Newtons andre lov ved likevekt — F = m·a
Resultantkraft tilsvarer masse ganger akselerasjon. Etter hvert som fallskjermjumperen øker farten, vokser den oppadgående motstandskraften til den nøyaktig balanserer det nedadgående draget av tyngdekraften — resultantkraften (og dermed akselerasjonen) faller til null, og farten slutter å endre seg. Denne jevne farten er sluttfarten du målte.
Kinetisk energi — KE = ½·m·v²
Kinetisk energi er en halv masse ganger fart i annen. Når fallskjermjumperen har nådd sluttfarten, er dette den kinetiske energien den bærer for resten av fallet — energi som luftmotstanden kontinuerlig fjerner som varme, og holder farten konstant.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For hver rad, multipliser den målte sluttfarten med luftmotstandsverdien og deretter med 60. Du bør lande nær 9,8 × (1 − luftmotstand), ikke nøyaktig 9,8. Hvorfor? Simuleringen anvender motstanden én gang per bilde i stedet for kontinuerlig, og det koster nøyaktig én faktor av (1 − luftmotstand). Hva forteller balansen deg fortsatt om kreftene når fallskjermjumperen har sluttet å øke farten?
- Hver rad bruker samme masse. Dukker massen opp noe sted i sammenhengen du fant i forrige spørsmål? Basert på dataene dine, når en tyngre fallskjermjumper en annen sluttfart enn en lettere i denne simuleringen?
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Ekte luftmotstand vokser med kvadratet av farten, ikke direkte med farten, og styrken avhenger av objektets tverrsnittsareal og masse. Forutsi hvordan en ekte fallskjermjumpers sluttfart ville endres mellom en mage-ned «spredt ørn»-posisjon og et føtter-først-stup — og hvorfor masse betyr noe for en ekte fallskjermjumper selv om den ikke gjorde det i dataene dine over.
- En fallskjermjumper åpner en fallskjerm, som skarp øker luftmotstanden. Med sammenhengen du fant, forutsi hva som skjer med fallfarten rett etter at skjermen åpner seg, og forklar hvorfor de ikke umiddelbart hopper til den nye sluttfarten.
- 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
- Velkommen til Sluttfart
- Velg fallskjermjumperen
- Trykk Spill av
- Farten flater ut
- Åpne dataene
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.