Mechanika
Medzná rýchlosť
Sleduj, ako sa rýchlosť vyrovná dávno pred pristátím a zrýchlenie (a) klesá k 0, keď odpor vzduchu dobehne gravitáciu.
Medzná rýchlosť — interaktívna simulácia Mechanika. Sleduj, ako sa rýchlosť vyrovná dávno pred pristátím a zrýchlenie (a) klesá k 0, keď odpor vzduchu dobehne gravitáciu. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Medzná rýchlosť
Padajúci objekt sa zrýchľuje, odpor vzduchu rastie, kým nevyrovná tiaž. Zrýchlenie potom klesne na nulu a rýchlosť sa ustáli.
Pred dosiahnutím medznej rýchlosti tiaž prevyšuje odpor a objekt sa zrýchľuje. So zvyšujúcou sa rýchlosťou odpor rastie, kým výslednica síl nie je nula. Objekt potom padá takmer konštantnou medznou rýchlosťou.
- F_net = mg − F_drag
- Pri medznej rýchlosti: a → 0
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Parašutista padá vzduchom, ktorý sa bráni silou odporu rastúcou s rýchlosťou. Ak parašutista upraví polohu tela na zvýšenie odporu vzduchu, bude jeho ustálená rýchlosť pádu (medzná rýchlosť) vyššia, nižšia alebo rovnaká ako pri menšom odpore?
Predikcie na zváženie
- Väčší odpor vzduchu dáva vyššiu medznú rýchlosť
- Medzná rýchlosť je rovnaká bez ohľadu na odpor vzduchu
- Väčší odpor vzduchu dáva nižšiu medznú rýchlosť
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Hmotnosť (kg)
- Odpor vzduchu
Čo meriaš:
- Medzná rýchlosť (m/s)
- KE pri medznej rýchlosti (J)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu Medzná rýchlosť. Parašutista (lopta) štartuje pri vrchu scény a padá v gravitácii, kým naň pôsobí odpor vzduchu.
- Over, že sonda rýchlosti je pripojená na parašutistu, potom skontroluj jeho hmotnosť a hodnotu odporu vzduchu (frictionAir) v paneli Vlastnosti.
- Pre každý riadok nižšie nastav hmotnosť a odpor vzduchu parašutistu v paneli Vlastnosti, spusti simuláciu, kým sa odčítanie rýchlosti sondy prestane meniť (priblíži sa k ustálenej hodnote skôr, než parašutista dosiahne podlahu), a zaznamenaj túto ustálenú rýchlosť.
Riadiaca rovnica
Druhý Newtonov zákon pri rovnováhe — F = m·a
Výslednica síl sa rovná hmotnosť krát zrýchlenie. Ako sa parašutista zrýchľuje, horná sila odporu rastie, kým presne nevyváži dolný ťah tiaže — výslednica síl (a teda zrýchlenie) klesne na nulu a rýchlosť sa prestane meniť. Táto ustálená rýchlosť je medzná rýchlosť, ktorú si nameral.
Kinetická energia — KE = ½·m·v²
Kinetická energia je polovica hmotnosti krát rýchlosť na druhú. Keď parašutista dosiahne medznú rýchlosť, toto je kinetická energia, ktorú nesie po zvyšok pádu — energia, ktorú odpor vzduchu priebežne odoberá ako teplo, čím drží rýchlosť konštantnú.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre každý riadok vynásob nameranú medznú rýchlosť hodnotou odporu vzduchu a potom číslom 60. Mal by sa dostať blízko k 9.8 × (1 − odpor vzduchu), nie presne 9.8. Prečo? Simulácia aplikuje odpor raz za snímku namiesto priebežne, čo stojí presne jeden činiteľ (1 − odpor vzduchu). Čo ti rovnováha stále hovorí o silách, keď sa parašutista prestane zrýchľovať?
- Každý riadok používa rovnakú hmotnosť. Objavuje sa hmotnosť niekde vo vzťahu, ktorý si našiel v predchádzajúcej otázke? Podľa svojich údajov — dosahuje ťažší parašutista inú medznú rýchlosť než ľahší v tejto simulácii?
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Skutočný odpor vzduchu rastie s druhou mocninou rýchlosti, nie priamo s rýchlosťou, a jeho sila závisí na prierezovej ploche a hmotnosti objektu. Predikuj, ako by sa zmenila medzná rýchlosť skutočného parašutistu medzi polohou na bruchu s rozpätými končatinami („spread eagle“) a strmhlavým ponorom nohami dolu — a prečo hmotnosť na skutočného parašutistu záleží, hoci v tvojich údajoch vyššie nezáležala.
- Parašutista otvorí padák, čím prudko zvýši svoj odpor vzduchu. Použi nájdený vzťah a predikuj, čo sa stane s jeho rýchlosťou pádu hneď po otvorení kopuly, a vysvetli, prečo okamžite nepreskočí na novú medznú rýchlosť.
- 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
- Vitaj pri medznej rýchlosti
- Vyber parašutistu
- Stlač Prehrať
- Rýchlosť sa ustáli
- Otvor údaje
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →