终端速度：通过阻力下降

1·预测

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？

• 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

2·设置

1. 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。
2. 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。
3. 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。

3·收集数据

绘制空气阻力（x轴）相对你测得的终端速度（y轴）的关系图。这种关系是直线吗？它是什么形状？

4·分析

1. 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？
2. 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？

5·扩展

1. 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。
2. 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。

这个实验背后的物理原理

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