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

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.
...trong bảng Thuộc tính.
Đối với mỗi hàng bên dưới, đặt khối lượng của người nhảy dù và lực cản không khí trong bảng Thuộc tính 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

Khối lượng (kg)	Kéo không khí	Vận tốc đầu cuối (m/s)	KE ở vận tốc cuối (J)
1.00	0.04
1.00	0.06
1.00	0.10

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

Với mỗi hàng, hãy nhân vận tốc cuối bạn đo được với giá trị lực cản không khí rồi nhân với 60.
...một vận động viên nhảy dù nặng hơn có đạt vận tốc cuối khác với người nhẹ hơn không, trong mô phỏng này?

5 · Gia hạn

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.
...hãy dự đoán điều gì xảy ra với tốc độ rơi của họ ngay sau khi tán dù mở ra và giải thích tại sao họ không lập tức đạt tới vận tốc cuối mới.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

Định luật thứ hai của Newton ở trạng thái cân bằng

Lực ròng bằng khối lượng nhân với gia tốc. Khi người nhảy dù tăng tốc, lực kéo hướng lên trên tăng lên cho đến khi nó cân bằng chính xác với lực hấp dẫn hướng xuống - lực ròng (và do đó gia tốc) giảm xuống 0 và tốc độ ngừng thay đổi. Tốc độ ổn định đó chính là vận tốc cuối mà bạn đo được.

Động năng

Động năng bằng một nửa khối lượng nhân với bình phương tốc độ. Khi người nhảy dù đạt vận tốc cuối, đây là động năng mà họ mang theo trong suốt thời gian còn lại của cú rơi - năng lượng mà lực cản không khí liên tục loại bỏ dưới dạng nhiệt, giữ cho tốc độ không đổi.

← Quay lại thử nghiệm

Cơ học

138 Phiếu Bài Tập Thí Nghiệm Vật Lý Miễn Phí Có Thể In