กลศาสตร์
ความเร็วปลาย
ดูอัตราเร็วราบลงก่อนถึงพื้น และความเร่ง (a) ลดเข้าศูนย์ขณะแรงต้านอากาศตามทันความโน้มถ่วง
ความเร็วปลาย — การจำลองกลศาสตร์แบบโต้ตอบ ดูอัตราเร็วราบลงก่อนถึงพื้น และความเร่ง (a) ลดเข้าศูนย์ขณะแรงต้านอากาศตามทันความโน้มถ่วง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
ความเร็วปลาย
เมื่อวัตถุที่ตกเร็วขึ้น แรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นจนกว่าจะสมดุลกับน้ำหนัก จากนั้นความเร่งลดลงเหลือศูนย์และความเร็วคงที่
ก่อนถึงความเร็วปลาย น้ำหนักเกินแรงต้าน และวัตถุเร่งความเร็ว เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงต้านเพิ่มขึ้นจนกว่าแรงลัพธ์เป็นศูนย์ วัตถุจึงตกด้วยความเร็วปลายที่เกือบคงที่
- F_สุทธิ = mg − F_ต้าน
- ที่ความเร็วปลาย: a → 0
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
นักดิ่งพ้นห่วงตกผ่านอากาศซึ่งดันกลับด้วยแรงต้านที่โตตามอัตราเร็ว ถ้าเขาปรับท่าร่างกายเพิ่มแรงต้านอากาศ อัตราเร็วตกคงที่ของเขา (ความเร็วปลาย) จะสูงกว่า ต่ำกว่า หรือเท่าเดิมกับแรงต้านน้อยกว่า
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- แรงต้านอากาศมากกว่าให้ความเร็วปลายสูงกว่า
- ความเร็วปลายเท่ากันไม่ว่าแรงต้านเท่าใด
- แรงต้านอากาศมากกว่าให้ความเร็วปลายต่ำกว่า
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- มวล (kg)
- แรงต้านอากาศ
สิ่งที่คุณวัด:
- ความเร็วปลาย (m/s)
- KE ที่ความเร็วปลาย (J)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ Terminal Velocity นักดิ่งพ้นห่วง (ลูกบอล) เริ่มใกล้ยอดฉากและตกภายใต้ความโน้มถ่วงโดยมีแรงต้านอากาศกระทำ
- ตรวจว่าโพรบวัดอัตราเร็วติดนักดิ่งพ้นห่วงแล้ว แล้วดูมวลกับค่าแรงต้านอากาศ (frictionAir) ในแผงคุณสมบัติ
- สำหรับแต่ละแถวข้างล่าง ตั้งมวลและแรงต้านอากาศของนักดิ่งพ้นห่วงในแผงคุณสมบัติให้ตรง รันการจำลองจนค่าอัตราเร็วของโพรบหยุดเปลี่ยน (จะเข้าใกล้ค่าคงที่ก่อนถึงพื้น) แล้วบันทึกอัตราเร็วคงที่นั้น
สมการควบคุม
กฎข้อที่สองของนิวตันที่สมดุล — F = m·a
แรงลัพธ์เท่ากับมวลคูณความเร่ง เมื่อนักดิ่งพ้นห่วงเร็วขึ้น แรงต้านขึ้นโตจนทวนแรงดึงด้วยลงของความโน้มถ่วงพอดี — แรงลัพธ์ (และความเร่ง) ตกเป็นศูนย์ อัตราเร็วหยุดเปลี่ยน อัตราเร็วคงที่นั้นคือความเร็วปลายที่คุณวัด
พลังงานจลน์ — KE = ½·m·v²
พลังงานจลน์คือครึ่งหนึ่งของมวลคูณอัตราเร็วยกกำลังสอง เมื่อถึงความเร็วปลายแล้ว นี่คือพลังงานจลน์ที่เขาพาไปตลอดที่เหลือของการตก — พลังงานที่แรงต้านอากาศเอาออกเป็นความร้อนต่อเนื่อง คงอัตราเร็วไว้
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับแต่ละแถว คูณความเร็วปลายที่วัดได้ด้วยค่าแรงต้านอากาศแล้วคูณ 60 คุณควรได้ใกล้ 9.8 × (1 − แรงต้านอากาศ) ไม่ใช่ 9.8 พอดี เพราะอะไร แบบจำลองปรับใช้แรงต้านครั้งเดียวต่อเฟรมแทนต่อเนื่อง ซึ่งเสียพอดีหนึ่งตัวคูณ (1 − แรงต้านอากาศ) สมดุลนี้ยังบอกอะไรเกี่ยวกับแรงเมื่อนักดิ่งพ้นห่วงเร่งความเร็วแล้ว
- ทุกแถวใช้มวลเดียวกัน มวลปรากฏที่ใดในความสัมพันธ์ที่คุณพบในคำถามก่อนหรือไม่ จากข้อมูลของคุณ นักดิ่งพ้นห่วงที่หนักกว่าไปถึงความเร็วปลายต่างจากเบากว่าในแบบจำลองนี้หรือไม่
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- แรงต้านอากาศจริงโตตามกำลังสองของอัตราเร็ว ไม่ใช่ตามตรง และความแรงขึ้นกับพื้นที่หน้าตัดและมวลของวัตถุ ทำนายว่าความเร็วปลายของนักดิ่งพ้นห่วงจริงต่างกันอย่างไรระหว่างท่าคว่ำ “กางแขนกางขา” กับท่าพุ่งหัว — และเหตุใดมวลจึงสำคัญกับนักดิ่งพ้นห่วงจริงทั้งที่ข้อมูลข้างบนของคุณไม่แสดง
- นักดิ่งพ้นห่วงเปิดร่มซึ่งเพิ่มแรงต้านอากาศอย่างฉับพลัน ใช้ความสัมพันธ์ที่คุณพบ ทำนายว่าอัตราเร็วตกของเขาเป็นอย่างไรทันทีหลังร่มคลุม และอธิบายว่าเหตุใดเขาไม่กระโดดไปที่ความเร็วปลายใหม่ทันที
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ ความเร็วปลาย
- เลือกนักกระโดดร่ม
- กดเล่น
- ความเร็วคงที่
- เปิดดูข้อมูล
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ