Ti sei mai chiesto perché i paracadutisti alla fine raggiungono una velocità massima quando cadono, anche se la forza di gravità nel vuoto farà sì che un oggetto acceleri continuamente? Un oggetto in caduta raggiungerà una velocità costante quando è presente una forza frenante, come la resistenza dell'aria. La forza applicata dalla gravità vicino a un corpo massiccio è per lo più costante, ma forze come la resistenza dell'aria aumentano con la velocità dell'oggetto in caduta. Se lasciato cadere liberamente per un tempo sufficientemente lungo, un oggetto in caduta raggiungerà una velocità in cui la forza della resistenza diventerà uguale alla forza di gravità, e i due si annulleranno a vicenda, facendo cadere l'oggetto alla stessa velocità fino a colpisce il suolo. Questa è chiamata velocità terminale.
Passi
Metodo uno di 3: Risoluzione per Terminal Velocity
- uno Usa la formula della velocità terminale, v = radice quadrata di ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Inserisci i seguenti valori in quella formula per risolvere per v, velocità terminale.
- m = massa dell'oggetto in caduta
- g = l'accelerazione dovuta alla gravità. Sulla Terra questo è di circa 9,8 metri al secondo.
- ρ = la densità del fluido attraverso il quale l'oggetto sta cadendo.
- A = l'area proiettata dell'oggetto. Ciò significa l'area dell'oggetto se è stato proiettato su un piano perpendicolare alla direzione in cui si sta muovendo l'oggetto.
- C = il coefficiente di resistenza. Questo numero dipende dalla forma dell'oggetto. Più la forma è snella, minore è il coefficiente. Puoi cercare alcuni coefficienti di resistenza approssimativi.
Metodo 2 di 3: Trova la forza gravitazionale
- uno Trova la massa dell'oggetto che cade. Questo dovrebbe essere misurato in grammi o chilogrammi, nel sistema metrico.
- Se stai usando il sistema imperiale, ricorda che le libbre non sono in realtà un'unità di massa, ma di forza. L'unità di massa nel sistema imperiale è la libbra-massa (lbm), che sotto la forza gravitazionale sulla superficie terrestre subirebbe una forza di 32 libbre-forza (lbf). Ad esempio, se una persona pesa 160 libbre sulla terra, quella persona si sente effettivamente 160 lbf, ma la sua massa è 5 lbm.
- 2 Conosci l'accelerazione dovuta alla gravità della Terra. Abbastanza vicino alla terra per incontrare la resistenza dell'aria, questa accelerazione è di 9,8 metri al secondo al quadrato, o 32 piedi al secondo al quadrato.
- 3 Calcola la forza di gravità verso il basso. La forza con cui l'oggetto in caduta viene tirato verso il basso è uguale alla massa dell'oggetto moltiplicata per l'accelerazione dovuta alla gravità, o F = MA. Questo numero, moltiplicato per due, va in cima alla formula della velocità terminale.
- Nel sistema imperiale, questo è il lbf dell'oggetto, il numero comunemente chiamato peso. È più propriamente la massa in lbm moltiplicata per 32 piedi al secondo al quadrato. Nel sistema metrico, la forza è la massa in grammi moltiplicata per 9,8 metri al secondo al quadrato.
Metodo 3 di 3: Determina la forza di resistenza
- uno Ottieni la densità del mezzo. Per un oggetto che cade attraverso l'atmosfera terrestre, la densità cambierà in base all'altitudine e alla temperatura dell'aria. Ciò rende particolarmente difficile il calcolo della velocità terminale di un oggetto in caduta, poiché la densità dell'aria cambierà man mano che l'oggetto perde quota. Tuttavia, puoi cercare densità approssimative dell'aria nei libri di testo e in altri riferimenti.
- In linea di massima, la densità dell'aria a livello del mare quando la temperatura è di 15 ° C è di 1.225 kg / m3.
- 2 Stimare il coefficiente di resistenza dell'oggetto. Questo numero si basa su quanto è snello l'oggetto. Sfortunatamente è un numero molto complesso da calcolare e implica la formulazione di determinati presupposti scientifici. Non tentare di calcolare da soli il coefficiente di resistenza aerodinamica senza l'aiuto di una galleria del vento e alcuni seri calcoli aerodinamici. Cerca invece un'approssimazione basata su un oggetto di forma simile.
- 3 Calcola l'area proiettata dell'oggetto. L'ultima variabile che devi conoscere è l'area della sezione presentata dall'oggetto al supporto. Immagina la sagoma dell'oggetto in caduta che vede guardando in alto direttamente da sotto. Quella forma, proiettata su un piano, è l'area proiettata. Ancora una volta, questo è un valore difficile da calcolare con oggetti geometrici tutt'altro che semplici.
- 4 Calcola la forza di trascinamento che si oppone alla forza di gravità verso il basso. Se conosci la velocità dell'oggetto, ma non la forza di trascinamento, puoi utilizzare la formula per calcolare la forza di trascinamento. Questo è (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2. Annuncio pubblicitario
Domande e risposte della comunità
Ricerca Aggiungi nuova domanda- Domanda Se la goccia cade liberamente con la velocità terminale, cosa succederà? Continuerà a scendere a quella velocità senza accelerare finché non colpisce qualcosa.
- Domanda Cos'è il base jumping? B.A.S.E è l'acronimo di Buildings, Antennas, Spans e Earth. Il BASE jumping è uno sport estremo in cui salti giù da queste varie forme e schieri un piccolo paracadute.
- Domanda Qual è la velocità terminale? Ben Halford Dipende dal peso, dalla forma e dalla densità dell'aria. Quindi, hai un modo per calcolarlo, poiché non è una costante.
- Domanda Come trovo la velocità terminale solo con il raggio e la massa? Non puoi. Hai bisogno di più informazioni per risolvere l'equazione.
- Domanda La velocità terminale nello spazio è uguale alla velocità della luce? Matt Pattok Qualsiasi cosa con massa richiede una forza infinita per raggiungere la velocità della luce, quindi anche nel vuoto è impossibile raggiungere la velocità della luce. Questo è davvero complicato, poiché la luce è composta da fotoni, che sono particelle prive di massa. A causa di questa legge, la velocità terminale nel vuoto sarebbe il 99,999 ...% della velocità della luce. Secondo la Teoria della Relatività Speciale di Einstein, ciò causa anche viaggi nel tempo nel futuro, perché avvicinarsi alla velocità della luce rallenta il tempo. Se potessi viaggiare più velocemente della luce, la velocità terminale sarebbe completamente inesistente (continueresti ad accelerare). Fondamentalmente, la velocità terminale nello spazio è solo un po 'infinitamente più lenta della luce.
- Domanda Qual è la variazione della quantità di moto di un'auto da 950 kg che viaggia da 40 m / sa 31 m / s? Il momento (kgm / s) è uguale alla massa (kg) moltiplicata per la velocità (m / s). 950 kg * 40 m / s = 38000 kgm / s 950 kg * 31 m / s = 29450 kgm / s 29450 kgm / s - 38000 kgm / s = -8550 kgm / s
- Domanda Qual è la distanza necessaria a una massa di 100 kg in caduta libera per raggiungere la TV? Nella definizione di caduta libera, non c'è resistenza all'aria. Poiché la velocità terminale viene raggiunta quando la forza della resistenza dell'aria = la forza di gravità, questa domanda è una domanda trabocchetto.
- Domanda Come posso determinare la velocità terminale dell'oggetto galleggiante come una piccola barca? La velocità terminale si riferisce alla velocità di equilibrio quando un oggetto cade attraverso un mezzo. La barca non ha velocità relativa al mezzo più rilevante, l'acqua. Se la barca stesse affondando, potrebbe ottenere una velocità terminale, nel qual caso si applica la discussione sopra.
- Domanda Come faccio a calcolare la velocità di caduta di un paracadutista dopo aver raggiunto la velocità terminale usando il tempo dopo aver raggiunto la velocità terminale e la distanza percorsa dopo aver raggiunto la velocità terminale? Se un paracadutista ha raggiunto la TV, non sta più accelerando verso il basso. Se conosci il tempo in cui è caduto da quando ha raggiunto la TV e la distanza percorsa, la sua TV = dist / time. Ciò è dovuto al fatto che la componente di accelerazione è zero (essendo a velocità terminale).
- Domanda Se un oggetto sta cadendo a velocità terminale e all'oggetto viene applicata una forza esterna con la stessa direzione della direzione di caduta, si otterrebbe una nuova velocità terminale? Dovresti aggiungere massa e forse alterare la resistenza. Dovresti ricalcolare la contabilità per un 'oggetto' diverso. È possibile che l'oggetto secondario sia stato influenzato da una densità dell'aria inferiore a causa della scia del primo oggetto. È anche possibile che il trascinamento cambi drasticamente poiché il flusso d'aria tra due oggetti è molto complicato. Vedi aerodinamica come la F1 che deve tenere conto dei vortici. Ci sarà sicuramente un trasferimento di energia all'impatto, ma tornerebbe comunque alla sua TV se avessi ancora abbastanza tempo in volo.
- Possiamo calcolare la velocità terminale quando viene dato il valore di lunghezza, massa, resistenza e densità di flusso? Risposta
- E se avessi solo tempo, massa e distanza, nessuna densità attraverso l'acqua o l'area o la forza di trascinamento? Risposta
- Ho letto che le 'bombe' di cemento e acciaio che i militari usano durante l'addestramento provocano un boom sonico nella loro discesa. Un oggetto in caduta può rompere la barriera del suono? Risposta
- Come faccio a calcolare la forza risultante sul sommozzatore quando la sua velocità è 5. 5 m / s? Risposta
- Ci sono velocità terminali differenti? Risposta
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Suggerimenti
- La velocità terminale cambierà effettivamente leggermente durante la caduta libera. La gravità aumenta leggermente quando l'oggetto si avvicina al centro della terra, ma la quantità è trascurabile. La densità del mezzo aumenterà man mano che l'oggetto scende più in profondità nel mezzo. Questo è un effetto molto più evidente. Un paracadutista rallenterà effettivamente man mano che la caduta procede perché l'atmosfera diventa sempre più densa al diminuire dell'altitudine.
- Senza un paracadute aperto, un paracadutista colpirebbe il suolo a circa 130 mph (210 km / h).
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