力學
終端速度
觀察速度在落地前趨於穩定，加速度 (a) 隨空氣阻力抵消重力而趨近於 0。
終端速度——互動式力學模擬。觀察速度在落地前趨於穩定，加速度 (a) 隨空氣阻力抵消重力而趨近於 0。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
終端速度
下落物體加速時，空氣阻力增大，直至與重力平衡。此後加速度趨近於零，速度趨於穩定。
達到終端速度之前，重力大於阻力，物體繼續加速。速度增大時阻力也增大，直到合外力爲零。此後物體以近似恆定的終端速度下落。
- 合力 F_net = mg − F_drag
- 在終端速度: a → 0
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
跳傘運動員從空中墜落，空氣中的阻力隨著速度的增加而向後推。如果跳傘者調整身體位置以增加空氣阻力，那麼他們的穩定下落速度（最終速度）最終會更高、更低還是與阻力較小時相同？
預測權重
- 空氣阻力越大，終端速度越高
- 無論空氣阻力如何，最終速度都是相同的
- 空氣阻力越大，終端速度越低
可變角色
您設定的內容：
- 大量的 (kg)
- 空氣阻力
您測量的內容：
- 終端速度 (m/s)
- 終端速度下的 KE (J)
調查如何進行
- 打開終端速度預設。跳傘者（球）從場景頂部附近開始，在重力作用下下落，同時受到空氣阻力。
- 確認速度探頭已連接到跳傘員上，然後在檢查器面板中檢查其品質和空氣阻力 (frictionAir) 值。
- 對於下面的每一行，在檢查器中設置跳傘者的質量和空氣阻力以匹配，運行模擬直到探頭的速度讀數停止變化（它將在跳傘者到達地板之前接近穩定值），並記錄該穩定速度。
控制方程
牛頓第二平衡定律 — F = m·a
淨力等於質量乘以加速度。隨著跳傘者加速，向上的阻力會增加，直到它完全平衡向下的重力——淨力（因此加速度）降至零，速度停止變化。此穩定速度就是您所測量的終端速度。
動能 — KE = ½·m·v²
動能等於二分之一質量乘以速度的平方。一旦跳傘者達到終端速度，這就是他們在下落剩餘時間裡所攜帶的動能——空氣阻力會持續以熱的形式移除這份能量，使速度保持恆定。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對每一列，把你測得的終端速度乘以空氣阻力值，再乘以 60。你得到的結果應該接近 9.8 ×(1 − 空氣阻力)，而不是正好 9.8。為什麼？模擬每一影格施加一次阻力，而不是連續施加，這正好損失了一個 (1 − 空氣阻力) 因子。即便如此，這個平衡關係仍能告訴你：當跳傘者不再加速時，力處於什麼狀態？
- 每行都使用相同的品質。您在上一個問題中發現的關係中是否出現了品質？根據您的數據，在此模擬中，較重的跳傘運動員所達到的終端速度是否與較輕的跳傘運動員不同？
這在實驗室之外的地方表現出來
- 真實的空氣阻力隨速度的平方增長，而不是直接與速度成正比，其強度取決於物體的橫截面積和質量。請預測真實跳傘者的終端速度在「腹部朝下展開」姿勢與「腳朝下俯衝」姿勢之間會如何變化——以及儘管在你上面的資料中質量並未產生影響，為什麼它對真實跳傘者卻很重要。
- 跳傘運動員打開降落傘，空氣阻力急遽增加。利用您發現的關係，預測天篷打開後它們的下落速度會發生什麼，並解釋為什麼它們不會立即跳到新的終端速度。
- 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
- 歡迎學習終端速度
- 選擇跳傘者
- 點擊播放
- 速度趨於穩定
- 打開數據
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。