Vận tốc đầu cuối: Rơi qua lực cản

1 · Dự đoán

Một vận động viên nhảy dù rơi trong không khí, bị đẩy lùi lại với một lực kéo tăng dần theo tốc độ. Nếu người nhảy dù điều chỉnh vị trí cơ thể của họ để tăng lực cản không khí đó, thì tốc độ rơi ổn định (vận tốc cuối) của họ sẽ cao hơn, thấp hơn hay giống như khi có ít lực cản hơn?

• Lực cản không khí nhiều hơn mang lại vận tốc cuối cao hơn
• Vận tốc đầu cuối là như nhau bất kể lực cản của không khí
• Lực cản không khí nhiều hơn sẽ mang lại vận tốc cuối thấp hơn

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước Vận tốc đầu cuối. Một vận động viên nhảy dù (quả bóng) bắt đầu ở gần đầu khung cảnh và rơi dưới tác dụng của trọng lực khi lực cản của không khí tác động lên nó.
2. Xác nhận đầu dò tốc độ được gắn vào người nhảy dù, sau đó kiểm tra khối lượng của nó và giá trị lực cản không khí (ma sát không khí) trong bảng Thanh tra.
3. Đối với mỗi hàng bên dưới, đặt khối lượng của người nhảy dù và lực cản không khí trong Thanh tra cho khớp, chạy mô phỏng cho đến khi tốc độ đọc của đầu dò ngừng thay đổi (nó sẽ đạt đến giá trị ổn định trước khi người nhảy dù chạm sàn) và ghi lại tốc độ ổn định đó.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ biểu đồ lực cản không khí (trục x) so với vận tốc cuối mà bạn đo được (trục y). Mối quan hệ có phải là một đường thẳng? Nó có hình dạng gì?

4 · Phân tích

1. Với mỗi hàng, hãy nhân tốc độ tới hạn bạn đo được với giá trị lực cản không khí rồi nhân với 60. Bạn sẽ nhận được giá trị gần 9,8 × (1 − lực cản), chứ không đúng bằng 9,8. Vì sao? Mô phỏng áp dụng lực cản mỗi khung hình một lần thay vì liên tục, và điều đó làm mất đúng một thừa số (1 − lực cản). Dù vậy, sự cân bằng này vẫn cho bạn biết gì về các lực khi người nhảy dù ngừng tăng tốc?
2. Mỗi hàng sử dụng cùng một khối lượng. Khối lượng có xuất hiện ở đâu trong mối quan hệ mà bạn tìm thấy ở câu hỏi trước không? Dựa trên dữ liệu của bạn, một vận động viên nhảy dù nặng hơn có đạt vận tốc cuối khác với vận tốc cuối cùng nhẹ hơn trong mô phỏng này không?

5 · Gia hạn

1. Lực cản không khí thực tăng theo bình phương tốc độ, không trực tiếp theo tốc độ và cường độ của nó phụ thuộc vào diện tích mặt cắt ngang và khối lượng của vật thể. Dự đoán vận tốc cuối cùng của một vận động viên nhảy dù thực sự sẽ thay đổi như thế nào giữa tư thế 'đại bàng dang rộng' nằm sấp và bổ nhào bằng chân - và tại sao khối lượng lại quan trọng đối với một vận động viên nhảy dù thực sự mặc dù nó không có trong dữ liệu của bạn ở trên.
2. Một vận động viên nhảy dù mở một chiếc dù, điều này làm tăng mạnh lực cản không khí của họ. Sử dụng mối quan hệ bạn tìm được, hãy dự đoán điều gì sẽ xảy ra với tốc độ rơi của chúng ngay sau khi tán cây mở ra và giải thích lý do tại sao chúng không ngay lập tức nhảy tới vận tốc cuối mới.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm