Mekanik
Sonlu hız
Hızın yere inmeden çok önce sabitlenmesini ve hava direnci yerçekimini dengeledikçe ivmenin (a) 0'a yaklaşmasını izleyin.
Sonlu hız — etkileşimli Mekanik simülasyonu. Hızın yere inmeden çok önce sabitlenmesini ve hava direnci yerçekimini dengeledikçe ivmenin (a) 0'a yaklaşmasını izleyin. Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.
Terminal hız
Düşen bir nesne hızlandıkça hava direnci artar ve ağırlığı dengeleyene kadar büyür. İvme sonra sıfıra düşer ve hız sabitlenir.
Terminal hıza ulaşmadan önce ağırlık hava direncini aşar ve nesne hızlanır. Hız arttıkça hava direnci de artar, ta ki net kuvvet sıfır olana kadar. Nesne daha sonra neredeyse sabit bir terminal hızla düşer.
- F_net = mg − F_direnç
- Terminal hızda: a → 0
Araştırma özeti
Laboratuvarı açmadan önce soruyu planlayın
Bu özet, önceden oluşturulmuş sayfayı yansıtır: yönlendirici soru, yarışan tahminler, değişken rolleri, yöneten yasalar, kurulum, analiz ve geliştirme istemleri görünür kalır ve bu sırayı izler.
Yol gösterici soru
Bir paraşütçü havanın içinde düşer; hava, hızıyla artan bir sürükleme kuvvetiyle ona karşı itme yapar.
Tartılacak tahminler
- Daha fazla hava direnci daha yüksek bir terminal hızı sağlar
- Terminal hızı, hava direncinden bağımsız olarak aynıdır
- Daha fazla hava direnci daha düşük bir terminal hızı sağlar
Değişken roller
Neyi ayarladınız:
- Kütle (kg)
- Hava Sürtünmesi
Ölçtüğünüz şey:
- Terminal Hızı (m/s)
- Terminal Hızında KE (J)
Araştırma nasıl yürütülüyor?
- Bir paraşütçü (top) sahnenin tepesine yakın bir yerden başlar ve yerçekimi etkisiyle düşerken hava direnci onun üzerinde etki gösterir.
- Hız probunun paraşütçüye takılı olduğunu doğrulayın, ardından Özellikler panelinde kütlesini ve hava direnci (frictionAir) değerini kontrol edin.
- Aşağıdaki her satır için, Özellikler panelinde paraşütçünün kütlesini ve hava direncini...
Yöneten denklem
Dengede Newton'un İkinci Yasası — F = m·a
Net kuvvet kütle çarpı ivmeye eşittir. Paraşütçü hızlandıkça, yukarıya doğru sürükleme kuvveti yerçekiminin aşağıya doğru çekişini tam olarak dengeleyene kadar büyür; net kuvvet (ve dolayısıyla ivme) sıfıra düşer ve hızın değişmesi durur. Bu sabit hız, ölçtüğünüz son hızdır.
Kinetik Enerji — KE = ½·m·v²
Kinetik enerji kütle çarpı hızın karesinin yarısıdır. Paraşütçü son hıza ulaştığında, bu, düşüşün geri kalanı boyunca taşıdıkları kinetik enerjidir; hava direncinin sürekli olarak ısı olarak ortadan kaldırdığı ve hızı sabit tutan enerji.
Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği
- Her satır için, ölçtüğünüz limit hızı hava direnci değeriyle ve sonra 60 ile çarpın. Tam 9,8 değil, 9,8 × (1 − hava direnci) değerine yakın bir sonuç almalısınız. Neden? Simülasyon direnci sürekli değil, kare başına bir kez uygular ve bu tam olarak bir (1 − hava direnci) çarpanına mal olur. Yine de bu denge, paraşütçü hızlanmayı bıraktığında kuvvetler hakkında size ne söylüyor?
- Her sıra aynı kütleyi kullanır. Önceki soruda bulduğunuz ilişkinin herhangi bir yerinde kütle ortaya çıkıyor mu? Verilerinize göre, bu simülasyonda daha ağır bir paraşütçü, daha hafif bir paraşütçüden farklı bir son hıza mı ulaşıyor?
Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer
- Gerçek hava direnci doğrudan hızla değil, hızın karesiyle artar ve gücü nesnenin kesit alanına ve kütlesine bağlıdır. Gerçek bir hava dalışçısının son hızının, göbek aşağı 'kartal yayılma' konumu ile ayak aşağı dalış arasında nasıl değişeceğini ve yukarıdaki verilerinizde yer almasa bile gerçek bir paraşütçü için kütlenin neden önemli olduğunu tahmin edin.
- Paraşütçü paraşütünü açar ve bu da hava sürtünmesini önemli ölçüde artırır. Bulduğunuz ilişkiyi kullanarak, kanopi açıldıktan hemen sonra düşme hızlarına ne olacağını tahmin edin ve neden anında yeni son hıza atlamadıklarını açıklayın.
- 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
- Hoş geldiniz: Terminal hız
- Seçin: paraşütçü
- Oynat'a basın
- Hız sabitlenir
- Verileri açın
- Başardınız!
Sahneyi oluşturmak için etkileşimli simülasyonu açın, Oynat'a basın ve canlı ölçümler ile rehberli bir eğitim eşliğinde keşfedin.