Mecanică
Viteza terminală
Privește viteza stabilizându-se cu mult înainte de aterizare și accelerația (a) scăzând spre 0 pe măsură ce rezistența aerului ajunge din urmă gravitația.
Viteza terminală — simulație interactivă de Mecanică. Privește viteza stabilizându-se cu mult înainte de aterizare și accelerația (a) scăzând spre 0 pe măsură ce rezistența aerului ajunge din urmă gravitația. Laborator virtual de fizică gratuit, în browser, cu măsurători SI în timp real și tutorial ghidat.
Viteza terminală
Pe măsură ce un obiect în cădere accelerează, rezistența aerului crește până echilibrează greutatea. Accelerația scade atunci la zero, iar viteza se stabilizează.
Înainte de viteza terminală, greutatea depășește rezistența aerului și obiectul accelerează. Pe măsură ce viteza crește, rezistența crește până când forța rezultantă este zero. Obiectul cade atunci cu o viteză terminală aproape constantă.
- F_net = mg − F_drag
- La viteza terminală: a → 0
Rezumat de investigație
Planifică întrebarea înainte să deschizi laboratorul
Rezumatul reflectă pagina pre-randată: întrebarea-ghid, predicțiile concurente, rolurile variabilelor, legile guvernante, montajul, analiza și extensiile rămân vizibile și în această ordine.
Întrebare-ghid
Un parașutist cade prin aer, care îl împinge înapoi cu o forță de rezistență care crește cu viteza. Dacă parașutistul își ajustează poziția corpului pentru a mări rezistența aerului, viteza lui constantă de cădere (viteza terminală) devine mai mare, mai mică sau la fel ca cu rezistență mai mică?
Predicții de cântărit
- Mai multă rezistență a aerului dă viteză terminală mai mare
- Viteza terminală este aceeași indiferent de rezistența aerului
- Mai multă rezistență a aerului dă viteză terminală mai mică
Rolurile variabilelor
Ce stabilești tu:
- Masă (kg)
- Rezistența aerului
Ce măsori:
- Viteză terminală (m/s)
- EC la viteza terminală (J)
Cum decurge investigația
- Deschide presetarea Viteza terminală. Un parașutist (bilă) pornește sus în scenă și cade sub gravitație, în timp ce rezistența aerului acționează asupra lui.
- Confirmă faptul că sonda de viteză este atașată parașutistului, apoi verifică-i masa și valoarea rezistenței aerului (frictionAir) în panoul Proprietăți.
- Pentru fiecare rând de mai jos, setează masa parașutistului și rezistența aerului în panoul Proprietăți pentru a corespunde, rulează simularea până când citirea vitezei sondei nu se mai schimbă (se va apropia de o valoare stabilă înainte ca parașutistul să ajungă la podea) și înregistrează viteza stabilă.
Ecuația guvernantă
A doua lege a lui Newton la echilibru — F = m·a
Forța rezultantă este egală cu masa înmulțită cu accelerația. Pe măsură ce parașutistul accelerează, forța de rezistență în sus crește până echilibrează exact atracția gravitațională în jos — forța rezultantă (și deci accelerația) scade la zero, iar viteza nu se mai schimbă. Acea viteză stabilă este viteza terminală pe care ai măsurat-o.
Energie cinetică — KE = ½·m·v²
Energia cinetică este jumătate din masa înmulțită cu viteza la pătrat. Odată ce parașutistul atinge viteza terminală, aceasta este energia cinetică pe care o poartă pentru restul căderii — energie pe care rezistența aerului o îndepărtează continuu sub formă de căldură, menținând viteza constantă.
Ce cer fișa tipăribilă elevilor să rezolve
- Pentru fiecare rând, înmulțește viteza terminală măsurată cu valoarea rezistenței aerului și apoi cu 60. Ar trebui să ajungi aproape de 9.8 × (1 − rezistență aer), nu exact 9.8. De ce? Simularea aplică rezistența o dată pe cadru, nu continuu, iar asta costă exact un factor de (1 − rezistență aer). Ce îți spune totuși balanța despre forțe odată ce parașutistul nu mai accelerează?
- Fiecare rând folosește aceeași masă. Apare masa undeva în relația găsită la întrebarea anterioară? Pe baza datelor tale, atinge un parașutist mai greu o viteză terminală diferită de unul mai ușor în această simulare?
Unde mai apare asta dincolo de laborator
- Rezistența reală a aerului crește cu pătratul vitezei, nu direct cu viteza, iar tăria ei depinde de aria secțiunii transversale și de masa obiectului. Prezice cum s-ar schimba viteza terminală a unui parașutist real între poziția „vultur” cu fața în jos și o cădere cu picioarele în jos — și de ce masa contează pentru un parașutist real, deși nu a contat în datele tale de mai sus.
- Un parașutist deschide parașuta, ceea ce îi mărește brusc rezistența aerului. Folosind relația găsită, prezice ce se întâmplă cu viteza lui de cădere imediat după ce canopy-ul se deschide și explică de ce nu sare instant la noua viteză terminală.
- 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
- Bine ai venit la Viteza terminală
- Selectează parașutistul
- Apasă Pornește
- Viteza se stabilizează
- Deschide datele
- Ai reușit!
Deschide simularea interactivă pentru a construi scena, a apăsa Pornește și a explora cu măsurători live și un tutorial ghidat.
Deschide laboratorul interactiv →