Medzná rýchlosť: padanie s odporom

1 · Predikuj

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?

• Väčší odpor vzduchu dáva vyššiu medznú rýchlosť
• Medzná rýchlosť je rovnaká bez ohľadu na odpor vzduchu
• Väčší odpor vzduchu dáva nižšiu medznú rýchlosť

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu Medzná rýchlosť. Parašutista (lopta) štartuje pri vrchu scény a padá v gravitácii, kým naň pôsobí odpor vzduchu.
2. Over, že sonda rýchlosti je pripojená na parašutistu, potom skontroluj jeho hmotnosť a hodnotu odporu vzduchu (frictionAir) v paneli Vlastnosti.
3. 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.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj odpor vzduchu (os x) verzus nameranú medznú rýchlosť (os y). Je závislosť priamka? Aký tvar má?

4 · Analyzuj

1. 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?
2. 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?

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky