V-ați întrebat vreodată de ce parașutiștii ajung în cele din urmă la viteză maximă atunci când cad, când forța gravitațională în vid va determina obiectele să accelereze uniform? Un obiect care cade va atinge o viteză constantă atunci când există o forță de tracțiune, cum ar fi tragerea aerului. Forța exercitată de gravitație lângă un corp mare este de obicei constantă, dar forțe, cum ar fi rezistența la aer, cresc mai rapid pe măsură ce obiectul cade. Dacă i se permite să cadă liber suficient de mult timp, obiectul care cade va atinge o viteză în care forța de frecare devine egală cu forța gravitațională, iar cele două se vor anula reciproc, provocând obiectul să cadă la aceeași viteză până când lovește pamantul. Această viteză se numește viteza terminală.
Etapa
Metoda 1 din 3: Găsirea vitezei terminalului
Pasul 1. Folosiți formula vitezei maxime, v = rădăcina pătrată a lui ((2 * m * g) / (ρ * A * C))
Conectați următoarele valori în formulă pentru a găsi v, viteza terminală.
- m = masa obiectului care cade
- g = accelerație datorată gravitației. Pe Pământ, această accelerație este de aproximativ 9,8 metri pe secundă pe secundă.
- = densitatea fluidului prin care trece obiectul care cade.
- A = aria proiectată a obiectului. Aceasta înseamnă aria obiectului dacă îl proiectați pe un plan care este perpendicular pe direcția în care se mișcă obiectul.
- C = Coeficientul de rezistență. Acest număr depinde de forma obiectului. Cu cât obiectul este mai aerodinamic, cu atât este mai mic coeficientul. Aici puteți găsi câțiva coeficienți de dragare.
Metoda 2 din 3: Găsiți forța gravitației
Pasul 1. Găsiți masa obiectului care cade
Această masă este de preferință măsurată în grame sau kilograme, în sistemul metric.
Dacă utilizați sistemul imperial, amintiți-vă că lira nu este într-adevăr o unitate de masă, ci de forță. Unitatea de masă din sistemul imperial este masa lirei (lbm), care sub influența forței gravitaționale a suprafeței pământului, va simți o forță de 32 de lire sterline (lbf). De exemplu, dacă o persoană cântărește 160 de kilograme pe pământ, persoana respectivă simte de fapt 160 lbf, dar masa este de 5 lbm
Pasul 2. Cunoașteți accelerația datorată gravitației Pământului
Destul de aproape de pământ pentru a depăși rezistența aerului, această accelerație este de 9,8 metri pe secundă pătrată sau 32 de metri pe secundă pătrată.
Pasul 3. Calculați atracția gravitațională descendentă
Forța care trage un obiect în jos este egală cu masa obiectului ori de accelerația datorată gravitației sau F = Ma. Acest număr, înmulțit cu două, este jumătatea superioară a formulei vitezei terminale.
În sistemul imperial, această forță este lbf-ul obiectului, număr numit de obicei greutatea. Mai precis, masa în lbm de 32 de picioare pe secundă pătrată. În sistemul metric, forța este masă în grame de 9,8 metri pe secundă pătrat
Metoda 3 din 3: Determinați rezistența
Pasul 1. Găsiți densitatea mediului
Pentru un obiect care cade în atmosfera Pământului, densitatea acestuia se va schimba odată cu altitudinea și temperatura aerului. Acest lucru face dificilă calcularea vitezei maxime a unui obiect care se încadrează, deoarece densitatea aerului se va schimba pe măsură ce obiectul își pierde altitudinea. Cu toate acestea, puteți căuta estimări ale densității aerului în cărți de pachete și alte referințe.
Ca un ghid dur, densitatea aerului la nivelul mării la 15 ° C este de 1.225 kg / m3
Pasul 2. Estimează coeficientul de rezistență al obiectului
Acest număr se bazează pe cât de aerodinamic este un obiect. Din păcate, acest lucru este foarte complicat de calculat și implică efectuarea unor estimări științifice. Nu încercați să calculați singur coeficientul de tragere fără ajutorul tunelelor eoliene și a matematicii aerodinamice complicate. Cu toate acestea, căutați estimări bazate pe obiecte care au o formă aproape identică.
Pasul 3. Calculați aria proiectată a obiectului
Ultima variabilă pe care trebuie să o cunoașteți este zona obiectului care lovește mediul. Imaginați-vă silueta unui obiect în cădere, care este vizibilă când este privită direct de sub obiect. Forma, care este proiectată pe un plan, este zona proiecției. Din nou, aceasta este o valoare dificil de calculat pentru orice obiect, cu excepția obiectelor geometrice simple.
Pasul 4. Găsiți forța de tragere împotriva tracțiunii gravitaționale în jos
Dacă cunoașteți viteza unui obiect, dar nu știți tracțiunea acestuia, puteți utiliza această formulă pentru a calcula forța de tracțiune. Formula este (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.
sfaturi
- Viteza reală a terminalului se va schimba ușor în timpul căderii libere. Gravitația crește ușor pe măsură ce obiectul se apropie de centrul pământului, dar magnitudinea acestuia este neglijabilă. Densitatea mediului va crește pe măsură ce obiectul devine mai adânc în mediu. Acest efect va fi mai vizibil. Un parașutist va încetini de fapt în timpul toamnei, deoarece atmosfera devine mai groasă pe măsură ce altitudinea scade.
- Fără o parașută deschisă, un parașutist ar lovi pământul la 210 mile / h (130 mile / h).
