力学
终端速度
观察速度在落地前趋于稳定，加速度 (a) 随空气阻力抵消重力而趋近于 0。
终端速度——交互式力学模拟。观察速度在落地前趋于稳定，加速度 (a) 随空气阻力抵消重力而趋近于 0。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
终端速度
下落物体加速时，空气阻力增大，直至与重力平衡。此后加速度趋近于零，速度趋于稳定。
达到终端速度之前，重力大于阻力，物体继续加速。速度增大时阻力也增大，直到合外力为零。此后物体以近似恒定的终端速度下落。
- 合力 F_net = mg − F_drag
- 终端速度时：a → 0
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
跳伞运动员从空中坠落，空气中的阻力随着速度的增加而向后推。如果跳伞者调整身体位置以增加空气阻力，那么他们的稳定下落速度（最终速度）最终会更高、更低还是与阻力较小时相同？
预测权重
- 空气阻力越大，终端速度越高
- 无论空气阻力如何，最终速度都是相同的
- 空气阻力越大，终端速度越低
可变角色
您设置的内容：
- 大量的 (kg)
- 空气阻力
您测量的内容：
- 终端速度 (m/s)
- 终端速度下的动能 (J)
调查如何进行
- 打开终端速度预设。跳伞者（球）从场景顶部附近开始，在重力作用下下落，同时受到空气阻力。
- 确认速度探头已连接到跳伞员上，然后在检查器面板中检查其质量和空气阻力 (frictionAir) 值。
- 对于下面的每一行，在检查器中设置跳伞者的质量和空气阻力以匹配，运行模拟直到探头的速度读数停止变化（它将在跳伞者到达地板之前接近稳定值），并记录该稳定速度。
控制方程
牛顿第二平衡定律 — F = m·a
净力等于质量乘以加速度。随着跳伞者加速，向上的阻力会增加，直到它完全平衡向下的重力——净力（因此加速度）降至零，速度停止变化。该稳定速度就是您测量的终端速度。
动能 — KE = ½·m·v²
动能等于二分之一质量乘以速度的平方。一旦跳伞者达到终端速度，这就是他们在下落剩余时间里所携带的动能——空气阻力会持续以热的形式移除这份能量，使速度保持恒定。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对每一行，把你测得的终端速度乘以空气阻力值，再乘以 60。你得到的结果应该接近 9.8 ×(1 − 空气阻力)，而不是正好 9.8。为什么？模拟每一帧施加一次阻力，而不是连续施加，这正好损失了一个 (1 − 空气阻力) 因子。即便如此，这个平衡关系仍能告诉你：当跳伞者不再加速时，力处于什么状态？
- 每行都使用相同的质量。您在上一个问题中发现的关系中是否出现了质量？根据您的数据，在此模拟中，较重的跳伞运动员所达到的终端速度是否与较轻的跳伞运动员不同？
这在实验室之外的地方表现出来
- 真实的空气阻力随速度的平方增长，而不是直接与速度成正比，其强度取决于物体的横截面积和质量。请预测真实跳伞者的终端速度在「腹部朝下展开」姿势与「脚朝下俯冲」姿势之间会如何变化——以及尽管在你上面的数据中质量并未产生影响，为什么它对真实跳伞者却很重要。
- 跳伞运动员打开降落伞，空气阻力急剧增加。利用您发现的关系，预测天篷打开后它们的下落速度会发生什么，并解释为什么它们不会立即跳到新的终端速度。
- 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
- 欢迎学习终端速度
- 选择跳伞者
- 点击播放
- 速度趋于稳定
- 打开数据
- 完成了！
打开交互式模拟以构建场景，点击运行，并通过实时测量和引导式教程进行探索。