Ένα 2kg είναι σταγονόμετρο από ύψος 1000 μέτρων ποια είναι η αντίσταση του αέρα της δύναμης σε ριπή όταν raches terminal ταχύτητα;
Κατανόηση της ταχύτητας τερματικού
* βαρύτητα: Όταν πέφτει ένα αντικείμενο, η βαρύτητα το τραβά προς τα κάτω, προκαλώντας την επιτάχυνση του.
* Αντίσταση αέρα: Καθώς το αντικείμενο επιταχύνεται, συναντά αντίσταση στον αέρα, μια δύναμη που αντιτίθεται στην κίνηση του. Η αντίσταση στον αέρα αυξάνεται με ταχύτητα.
* Τερματική ταχύτητα: Τελικά, η δύναμη της αντίστασης του αέρα γίνεται ίση σε μέγεθος της δύναμης της βαρύτητας. Σε αυτό το σημείο, το αντικείμενο σταματά να επιταχύνεται και να πέφτει με σταθερή ταχύτητα που ονομάζεται ταχύτητα τερματικού.
Παράγοντες που επηρεάζουν την ταχύτητα τερματικού
* μάζα: Ένα βαρύτερο αντικείμενο έχει περισσότερη αδράνεια και απαιτεί μεγαλύτερη δύναμη για να επιταχυνθεί.
* Σχήμα: Ένα βελτιωμένο σχήμα μειώνει την αντίσταση στον αέρα.
* επιφάνεια: Μια μεγαλύτερη επιφάνεια αυξάνει την αντίσταση στον αέρα.
* Πυκνότητα του αέρα: Ο πυκνότερος αέρας δημιουργεί περισσότερη αντίσταση.
Γιατί δεν μπορούμε να υπολογίσουμε άμεσα τη δύναμη
Για να υπολογίσουμε τη δύναμη της αντίστασης στον αέρα στην ταχύτητα του τερματικού, πρέπει να γνωρίζουμε:
1. Το σχήμα και η επιφάνεια του αντικειμένου
2. Η πυκνότητα αέρα στο υψόμετρο της πτώσης.
3. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας του αντικειμένου , που είναι ένα μέτρο της αντίστασης του στον αέρα.
πλησιάζοντας το πρόβλημα
1. Υποθέστε ένα σχήμα: Για να κάνουμε μια εκτίμηση, θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι το αντικείμενο είναι μια σφαίρα ή ένας κύβος. Αυτό μας δίνει ένα σημείο εκκίνησης για τον υπολογισμό της επιφάνειας.
2. Εκτιμήστε πυκνότητα αέρα: Η πυκνότητα του αέρα μειώνεται με υψόμετρο. Θα πρέπει να βρείτε μια προσέγγιση για την πυκνότητα αέρα στα 1000 μέτρα.
3. Μπορούμε να αναζητήσουμε τυπικούς συντελεστές μεταφοράς για σφαίρες ή κύβους σε υλικά αναφοράς.
4. Υπολογίστε την ταχύτητα τερματικού: Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια απλοποιημένη φόρμουλα για να εκτιμήσουμε την ταχύτητα τερματικού:
`` `
VELOCITY (V_T) =SQRT ((2 * m * g) / (ρ * a * c_d))
`` `
όπου:
* m =μάζα (2 kg)
* G =επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (9,8 m/s²)
* ρ =πυκνότητα αέρα
* A =προβλεπόμενη περιοχή του αντικειμένου
* C_D =συντελεστής σύρσης
5. Υπολογίστε τη δύναμη αντίστασης αέρα: Στην ταχύτητα του τερματικού, η δύναμη της αντίστασης του αέρα είναι ίση με τη δύναμη της βαρύτητας:
`` `
Δύναμη αντίστασης αέρα =m * g
`` `
Σημαντική σημείωση: Αυτή είναι μια προσέγγιση. Η πραγματική δύναμη της αντίστασης του αέρα θα εξαρτηθεί από τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του αντικειμένου και των συνθηκών του αέρα.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε να το εξερευνήσετε περαιτέρω με συγκεκριμένες υποθέσεις!
