Viteza terminală: cădere prin rezistența aerului

1 · Prezice

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?

• 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

2 · Montaj

1. Deschide presetarea Viteza terminală. Un parașutist (bilă) pornește sus în scenă și cade sub gravitație, în timp ce rezistența aerului acționează asupra lui.
2. Confirmă faptul că sonda de viteză este atașată parașutistului, apoi verifică-i masa și valoarea rezistenței aerului (frictionAir) în panoul Proprietăți.
3. 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.

3 · Colectează date

Plotează rezistența aerului (axa x) în funcție de viteza terminală măsurată (axa y). Relația este o dreaptă? Ce formă are?

4 · Analizează

1. 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?
2. 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?

5 · Extinde

1. 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.
2. 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.

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit