Sluthastighet: Fall genom motstånd

1 · Förutsäg

En fallskärmshoppare faller genom luften, som trycker tillbaka med ett luftmotstånd som växer med farten. Om fallskärmshopparen ändrar kroppsställning för att öka luftmotståndet, blir den jämna fallhastigheten (sluthastigheten) högre, lägre eller densamma som vid mindre motstånd?

• Mer luftmotstånd ger högre sluthastighet
• Sluthastigheten är densamma oavsett luftmotstånd
• Mer luftmotstånd ger lägre sluthastighet

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Sluthastighet. En fallskärmshoppare (boll) startar nära toppen av scenen och faller under gravitationen medan luftmotståndet verkar på den.
2. Kontrollera att hastighetsproben sitter på fallskärmshopparen, och kontrollera sedan dess massa och värdet för luftmotstånd (frictionAir) i panelen Egenskaper.
3. Ställ in fallskärmshopparens massa och luftmotstånd i panelen Egenskaper så att de matchar varje rad nedan, kör simuleringen tills probens fartavläsning slutar ändras (den närmar sig ett stabilt värde innan fallskärmshopparen når golvet) och notera den jämna farten.

3 · Samla data

Rita luftmotståndet (x-axeln) mot sluthastigheten du mätte (y-axeln). Är sambandet en rät linje? Vilken form har det?

4 · Analysera

1. Multiplicera för varje rad den uppmätta sluthastigheten med luftmotståndsvärdet och sedan med 60. Du bör hamna nära 9.8 × (1 − air drag), inte exakt 9,8. Varför? Simuleringen tillämpar motståndet en gång per bildruta i stället för kontinuerligt, och det kostar exakt en faktor (1 − air drag). Vad talar balansen ändå om om krafterna när fallskärmshopparen slutar öka farten?
2. Alla rader använder samma massa. Får massan plats någonstans i sambandet du fann i förra frågan? Baserat på dina data, når en tyngre fallskärmshoppare en annan sluthastighet än en lättare i denna simulering?

5 · Utvidga

1. Verkligt luftmotstånd växer med farten i kvadrat, inte direkt med farten, och dess styrka beror på föremålets tvärsnittsarea och massa. Förutsäg hur en verklig fallskärmhopfares sluthastighet skulle ändras mellan magläge med 'utsträckta armar och ben' och en dykning med fötterna först — och varför massan spelar roll för en verklig fallskärmshoppare även om den inte gjorde det i dina data ovan.
2. En fallskärmshoppare fäller ut en fallskärm, vilket kraftigt ökar luftmotståndet. Använd sambandet du fann och förutsäg vad som händer med fallhastigheten direkt efter att kuppen öppnats, och förklara varför de inte omedelbart hoppar till den nya sluthastigheten.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik