Ste se kdaj spraševali, zakaj padalci sčasoma dosežejo polno hitrost, ko padejo, ko bo sila gravitacije v vakuumu povzročila enakomerno pospeševanje predmetov? Padajoči predmet bo pri vlečni sili, na primer zračnem vleku, dosegel konstantno hitrost. Sila, ki jo gravitacija izvaja v bližini velikega telesa, je običajno konstantna, vendar se sile, kot je zračni upor, povečujejo hitreje, ko predmet pade. Če pustite dovolj dolgo časa prosto padati, bo padajoči predmet dosegel hitrost, pri kateri sila trenja postane enaka gravitacijski sili, oba pa se bosta medsebojno izničila, pri čemer bo predmet padel z enako hitrostjo, dokler ne zadene tla. Ta hitrost se imenuje končna hitrost.
Korak
Metoda 1 od 3: Iskanje končne hitrosti
Korak 1. Uporabite formulo končne hitrosti, v = kvadratni koren ((2*m*g)/(ρ*A*C))
V formulo vključite naslednje vrednosti, da poiščete v, končno hitrost.
- m = masa padajočega predmeta
- g = pospešek zaradi gravitacije. Na Zemlji je ta pospešek približno 9,8 metra na sekundo na sekundo.
- = gostota tekočine, skozi katero pade padajoči predmet.
- A = projicirana površina predmeta. To pomeni območje predmeta, če ga projicirate na ravnino, ki je pravokotna na smer, v kateri se predmet premika.
- C = koeficient upora. Ta številka je odvisna od oblike predmeta. Bolj kot je objekt aerodinamičen, manjši je koeficient. Nekaj približnih koeficientov upora lahko najdete tukaj.
Metoda 2 od 3: Poiščite silo teže
Korak 1. Poiščite maso padajočega predmeta
To maso prednostno merimo v gramih ali kilogramih v metričnem sistemu.
Če uporabljate cesarski sistem, ne pozabite, da funt v resnici ni enota mase, ampak sila. Enota mase v imperialnem sistemu je funt-masa (lbm), ki bo pod vplivom gravitacijske sile zemeljske površine začutila silo sile 32 funtov (lbf). Na primer, če oseba tehta 160 kilogramov na zemlji, ta oseba dejansko čuti 160 kilogramov, vendar je masa 5 kilogramov
Korak 2. Spoznajte pospešek zaradi Zemljine teže
Dovolj blizu Zemlje, da premaga zračni upor, ta pospešek znaša 9,8 metra na sekundo na kvadrat oziroma 32 čevljev na sekundo na kvadrat.
Korak 3. Izračunajte sila gravitacije navzdol
Sila, ki potegne predmet navzdol, je enaka masi predmeta, pomnoženi s pospeškom zaradi gravitacije, ali F = Ma. To število, pomnoženo z dvema, je zgornja polovica formule končne hitrosti.
V imperialnem sistemu je ta sila lbf predmeta, številka, ki se običajno imenuje teža. Natančneje, masa v lbm krat 32 čevljev na sekundo na kvadrat. V metričnem sistemu je sila masa v gramih 9,8 metra na sekundo na kvadrat
Metoda 3 od 3: Določite odpornost
Korak 1. Poiščite gostoto medija
Za predmet, ki pade v Zemljino atmosfero, se bo njegova gostota spreminjala z višino in temperaturo zraka. Zaradi tega je zelo težko izračunati končno hitrost padajočega predmeta, ker se bo gostota zraka spremenila, ko bo predmet izgubil višino. Ocene gostote zraka pa lahko poiščete v knjigah z navodili in drugih referencah.
Kot grobo vodilo je gostota zraka na morski gladini pri 15 ° C 1225 kg/m3
Korak 2. Ocenite koeficient upora objekta
Ta številka temelji na aerodinamičnosti objekta. Na žalost je to zelo težko izračunati in vključuje nekatere znanstvene ocene. Ne poskušajte sami izračunati koeficienta zračnega upora brez pomoči vetrovnikov in zapletene aerodinamične matematike. Vendar poiščite ocene na podlagi predmetov, ki so skoraj enake oblike.
Korak 3. Izračunajte projicirano površino predmeta
Zadnja spremenljivka, ki jo morate poznati, je območje predmeta, ki zadene medij. Predstavljajte si silhueto padajočega predmeta, ki je vidna, če jo gledate neposredno od spodaj. Oblika, ki je projicirana na ravnino, je območje projekcije. Tudi to je težko izračunati za kateri koli predmet, razen za preproste geometrijske predmete.
Korak 4. Poiščite silo upora proti gravitacijskemu vlečenju navzdol
Če poznate hitrost predmeta, vendar ne poznate njegovega upora, lahko uporabite to formulo za izračun sile vlečenja. Formula je (C*ρ*A*(v^2))/2.
Nasveti
- Dejanska hitrost terminala se bo med prostim padcem nekoliko spremenila. Ko se objekt približa središču zemlje, se gravitacija nekoliko poveča, vendar je njegova velikost zanemarljiva. Gostota medija se bo povečala, ko bo predmet globlje v medij. Ta učinek bo bolj viden. Padalci se bodo jeseni dejansko upočasnili, ker se atmosfera z zmanjšanjem nadmorske višine zgosti.
- Brez odprtega padala bi padalec padel na tla pri 210 km/h.
