Mechanica
Eindsnelheid
Kijk hoe de snelheid lang vóór de landing vlak wordt en de versnelling (a) naar 0 gaat nu de luchtweerstand de zwaartekracht inhaalt.
Eindsnelheid — interactieve Mechanica-simulatie. Kijk hoe de snelheid lang vóór de landing vlak wordt en de versnelling (a) naar 0 gaat nu de luchtweerstand de zwaartekracht inhaalt. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
eindsnelheid
Als een vallend object sneller gaat, groeit de luchtweerstand tot hij het gewicht in evenwicht houdt. De versnelling zakt dan naar nul en de snelheid vlakt af.
Vóór de eindsnelheid is het gewicht groter dan de weerstand en versnelt het object. Naarmate de snelheid toeneemt, neemt de luchtweerstand toe tot de nettokracht nul is. Het object valt daarna met een vrijwel constante eindsnelheid.
- F_net = mg − F_drag
- Bij eindsnelheid: a → 0
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een parachutist valt door de lucht, die terugduwt met een weerstandskracht die toeneemt met de snelheid. Als de parachutist zijn lichaamshouding aanpast om die luchtweerstand te vergroten, wordt zijn constante valsnelheid (de eindsnelheid) dan hoger, lager of gelijk aan die bij minder weerstand?
Voorspellingen om te wegen
- Meer luchtweerstand geeft een hogere eindsnelheid
- De eindsnelheid is dezelfde, ongeacht de luchtweerstand
- Meer luchtweerstand geeft een lagere eindsnelheid
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Massa (kg)
- Luchtweerstand
Wat je meet:
- Eindsnelheid (m/s)
- KE bij eindsnelheid (J)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling Eindsnelheid. Een parachutist (bal) start bovenin de scène en valt onder invloed van de zwaartekracht terwijl luchtweerstand op hem werkt.
- Controleer of de snelheidssonde op de parachutist zit en bekijk dan zijn massa en de waarde van de luchtweerstand (frictionAir) in het eigenschappenpaneel.
- Stel voor elke rij hieronder in het eigenschappenpaneel de massa en de luchtweerstand van de parachutist overeenkomstig in, draai de simulatie tot de snelheidsaflezing van de sonde niet meer verandert (hij nadert een vaste waarde voordat de parachutist de grond bereikt) en noteer die constante snelheid.
Leidende vergelijking
De tweede wet van Newton in evenwicht — F = m·a
De nettokracht is massa keer versnelling. Terwijl de parachutist sneller valt, groeit de opwaartse weerstandskracht tot hij precies in evenwicht is met de neerwaartse zwaartekracht — de nettokracht (en dus de versnelling) wordt nul en de snelheid verandert niet meer. Die constante snelheid is de eindsnelheid die je hebt gemeten.
Kinetische energie — KE = ½·m·v²
Kinetische energie is de helft van massa keer snelheid in het kwadraat. Zodra de parachutist de eindsnelheid bereikt, is dit de kinetische energie die hij de rest van de val meedraagt — energie die de luchtweerstand voortdurend als warmte afvoert, waardoor de snelheid constant blijft.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Vermenigvuldig voor elke rij de door jou gemeten eindsnelheid met de waarde van de luchtweerstand en daarna met 60. Je komt dicht bij 9.8 × (1 − luchtweerstand) uit, niet exact bij 9.8. Waarom? De simulatie past de weerstand eenmaal per frame toe in plaats van doorlopend, en dat kost precies één factor (1 − luchtweerstand). Wat zegt dit evenwicht nog wél over de krachten zodra de parachutist niet meer versnelt?
- Elke rij gebruikt dezelfde massa. Komt massa ergens voor in het verband dat je bij de vorige vraag vond? Bereikt volgens je gegevens een zwaardere parachutist in deze simulatie een andere eindsnelheid dan een lichtere?
Waar dit buiten het lab opduikt
- Echte luchtweerstand groeit met het kwadraat van de snelheid, niet recht evenredig met de snelheid, en de sterkte ervan hangt af van het frontale oppervlak en de massa van het voorwerp. Voorspel hoe de eindsnelheid van een echte parachutist verandert tussen een platliggende 'spread eagle'-houding en een voetenfirst duik — en waarom massa voor een echte parachutist wél uitmaakt, ook al deed dat in je gegevens hierboven niet.
- Een parachutist opent een parachute, waardoor zijn luchtweerstand scherp toeneemt. Voorspel met het verband dat je vond wat er direct na het openen van de kap met zijn valsnelheid gebeurt, en leg uit waarom hij niet onmiddellijk op de nieuwe eindsnelheid springt.
- 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
- Welkom bij Eindsnelheid
- Selecteer de parachutist
- Druk op Start
- De snelheid vlakt af
- Open de gegevens
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.