Mehanika
Končna hitrost
Opazuj, kako hitrost pred pristankom preide v ustaljenost in pospešek (a) pade proti 0, ko zračni upor dohiti težnost.
Končna hitrost — interaktivna simulacija Mehanika. Opazuj, kako hitrost pred pristankom preide v ustaljenost in pospešek (a) pade proti 0, ko zračni upor dohiti težnost. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Končna hitrost
Ko padajoče telo pospešuje, zračni upor raste, dokler ne uravnoteži težo. Pospešek nato pade na nič in hitrost se izravna.
Pred končno hitrostjo teža presega upor in telo pospešuje. Ko hitrost raste, upor raste, dokler rezultanta sil ni nič. Telo nato pada s skoraj konstantno končno hitrostjo.
- F_net = mg − F_drag
- Pri končni hitrosti: a → 0
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Padalec pada skozi zrak, ki potiska nazaj z uporom, ki raste s hitrostjo. Če padalec prilagadi položaj telesa tako, da poveča ta zračni upor, ali je njegova ustaljena hitrost padanja (končna hitrost) na koncu višja, nižja ali enaka kot pri manjšem uporu?
Predvidevanja za pretehtanje
- Večji zračni upor da višjo končno hitrost
- Končna hitrost je enaka, ne glede na zračni upor
- Večji zračni upor da nižjo končno hitrost
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Masa (kg)
- Zračni upor
Kaj izmeriš:
- Končna hitrost (m/s)
- KE pri končni hitrosti (J)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev Končna hitrost. Padalec (žoga) začne pri vrhu prizora in pada pod težnostjo, nanj pa deluje zračni upor.
- Preveri, da je sonda hitrosti pripeta na padalca, nato preveri njegovo maso in vrednost zračnega upora (frictionAir) v plošči Lastnosti.
- Za vsako vrstico spodaj nastavi maso padalca in zračni upor v plošči Lastnosti, pogni simulacijo, dokler odčitek hitrosti sonde neha spreminjati (približeval se bo ustaljeni vrednosti, preden padalec doseže tla), in zabeleži to ustaljeno hitrost.
Vodilna enačba
Newtonov drugi zakon v ravnovesju — F = m·a
Rezultanta sil je masa krat pospešek. Ko padalec pospešuje, navzgor usmerjena sila upora raste, dokler točno ne uravnoteži navzdol usmerjenega privleka težnosti — rezultanta sil (in torej pospešek) pade na nič in hitrost neha spreminjati. Ta ustaljena hitrost je končna hitrost, ki si jo izmeril.
Kinetična energija — KE = ½·m·v²
Kinetična energija je polovica mase krat hitrost na kvadrat. Ko padalec doseže končno hitrost, je to kinetična energija, ki jo nosi za preostanek padanja — energijo, ki jo zračni upor neprestano odnaša kot toploto in s tem drži hitrost konstantno.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za vsako vrstico pomnoži izmerjeno končno hitrost z vrednostjo zračnega upora in nato s 60. Pristati bi moral blizu 9.8 × (1 − zračni upor), ne točno 9.8. Zakaj? Simulacija upor uporabi enkrat na sličico namesto zvezno, kar stane točno faktor (1 − zračni upor). Kaj ravnovesje še vedno pove o silah, ko padalec neha pospeševati?
- Vsaka vrstica uporablja isto maso. Ali se masa kje pojavi v razmerju, ki si ga našel v prejšnjem vprašanju? Po tvojih podatkih doseže težji padalec v tej simulaciji drugačno končno hitrost kot lažji?
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Pravi zračni upor raste s kvadratom hitrosti, ne neposredno s hitrostjo, njegova jakost pa je odvisna od prečnega prereza predmeta in mase. Napovej, kako bi se končna hitrost pravega padalca spremenila med položajem „rašpirjeni orel“ trebuhu navzdol in potopom noge navzdol — in zakaj masa za pravega padalca pomaga, čeprav v tvojih podatkih zgoraj ni.
- Padalec odpre padalo, ki ostro poveča njegov zračni upor. Z razmerjem, ki si ga našel, napovej, kaj se zgodi z njegovo hitrostjo padanja takoj po odprtju kupole, in razloži, zakaj ne skoči takoj na novo končno hitrost.
- 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
- Dobrodošli pri končni hitrosti
- Izberi padalca
- Pritisni Predvajaj
- Hitrost se izravna
- Odpri podatke
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →