Ako nájsť obmedzenie rýchlosti

Obsah

Kroky
Metóda 1 z 3: Výpočet obmedzenia rýchlosti
Metóda 2 z 3: Výpočet gravitácie
Metóda 3 z 3: Určte sily odporu
Tipy
Doplňujúce články

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo parašutisti nakoniec pri páde dosiahnu maximálnu rýchlosť, aj keď vďaka gravitácii vo vákuu telo neustále zrýchľuje? Padajúce telo dosahuje maximálnu rýchlosť, keď existuje určitý druh obmedzujúcej sily, napríklad odpor vzduchu. Gravitačná sila pôsobí na teleso s konštantnou hodnotou, ale sila odporu vzduchu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou pádu telesa. Ak voľný pád trvá dostatočne dlho, potom rýchlosť pádu telesa dosiahne takú hodnotu, pri ktorej sa odporová sila vyrovná gravitačnej sile a tieto sily sa budú navzájom kompenzovať; v dôsledku toho bude telo naďalej klesať konštantnou rýchlosťou, kým sa nedotkne zeme. Táto rýchlosť sa nazýva maximálna.

Kroky

Metóda 1 z 3: Výpočet obmedzenia rýchlosti

1 Vzorec na nájdenie obmedzujúcej rýchlosti: v = druhá odmocnina z ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Pripojte hodnoty premenných a vyhľadajte rýchlostný limit v.
- m = hmotnosť padajúceho telesa.
- g = gravitačné zrýchlenie. Na Zemi je to približne 9,8 m / s2.
- ρ = hustota tekutiny, do ktorej telo padá.
- A = oblasť projekcie tela. Ide o oblasť oblasti tela kolmú na smer pohybu tela.
- C = koeficient odporu. To závisí od tvaru tela. Čím je tvar efektívnejší, tým je koeficient nižší.

Metóda 2 z 3: Výpočet gravitácie

1 Nájdite hmotnosť padajúceho tela. V metrickom systéme sa meria v gramoch alebo kilogramoch.
2 Nastavte zrýchlenie v dôsledku gravitácie. Na vzdialenosť dostatočne blízko zeme, aby narazila na odpor vzduchu, je táto hodnota 9,8 m / s2.
3 Vypočítajte gravitačnú silu. Rovná sa hmotnosti tela vynásobenej zrýchlením v dôsledku gravitácie F = m * g.

Metóda 3 z 3: Určte sily odporu

1 Nájdite hustotu média. V prípade telesa padajúceho zemskou atmosférou sa hustota zmení v závislosti od výšky a teploty vzduchu. To robí výpočet obmedzujúcej rýchlosti voľne padajúceho telesa obzvlášť ťažkým, pretože hustota vzduchu sa mení, keď sa teleso priblíži k zemi. Orientačné hodnoty hustoty vzduchu však nájdete v učebniciach alebo iných zdrojoch.
- Hustota vzduchu pri hladine mora pri 15 ° C je 1,225 kg / m3.
2 Odhadnite koeficient odporu tela. Toto číslo závisí od zefektívnenia tela. Toto je bohužiaľ veľmi ťažké vypočítať a vyžaduje si to určité vedecké predpoklady. Nesnažte sa vypočítať koeficient odporu bez pomoci aerodynamického tunela a niektorých komplikovaných aerodynamických výpočtov. Namiesto toho si vezmite hotovú telesnú hodnotu podobného tvaru ako vy.
3 Vypočítajte premietanú plochu objektu. Posledná premenná, ktorú musíte nájsť, je plocha prierezu tela. Predstavte si siluetu padajúceho tela zhora. Oblasť tejto siluety (projekčnej plochy), ktorá sa premieta do roviny, musí byť nájdená. Opäť je to ťažko vypočítateľná hodnota, okrem telies jednoduchého tvaru.
4 Nájdite odporovú silu, ktorá je opakom gravitácie. Ak poznáte rýchlosť telesa, odporovú silu nájdete podľa vzorca: (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.

Tipy

Pri páde bez padáka sa osoba rúti na zem rýchlosťou asi 240 km / h.
Obmedzujúca rýchlosť sa v skutočnosti počas voľného pádu mierne mení. Gravitačná sila sa zvyšuje, keď sa teleso blíži k stredu Zeme, ale to je možné zanedbať. Hustota média sa zvyšuje s klesajúcou výškou pádu. Toto je oveľa viditeľnejší efekt. Parašutista v skutočnosti pri páde spomalí, pretože hustota atmosféry sa s klesajúcou vzdialenosťou k Zemi dramaticky zvyšuje.