Sluttfart: å falle gjennom luftmotstand

1 · Prediker

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?

• Mer luftmotstand gir høyere sluttfart
• Sluttfarten er den samme uansett luftmotstand
• Mer luftmotstand gir lavere sluttfart

2 · Oppsett

1. Åpne Sluttfart-forhåndsinnstillingen. En fallskjermjumper (kule) starter nær toppen av scenen og faller under tyngdekraften mens luftmotstand virker på den.
2. Bekreft at fartssonden er festet til fallskjermjumperen, og sjekk deretter massen og luftmotstandsverdien (frictionAir) i Egenskaper-panelet.
3. 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.

3 · Samle inn data

Plott luftmotstand (x-akse) mot den målte sluttfarten (y-akse). Er sammenhengen en rett linje? Hvilken form har den?

4 · Analyser

1. 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?
2. 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?

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark