Heb je je ooit afgevraagd waarom parachutisten uiteindelijk een maximale snelheid bereiken als ze vallen, ook al zorgt de zwaartekracht in een vacuüm ervoor dat een object voortdurend versnelt? Een vallend voorwerp zal een constante snelheid bereiken als er een remmende kracht is, zoals weerstand vanuit de lucht. De kracht die door de zwaartekracht wordt uitgeoefend in de buurt van een massief lichaam is meestal constant, maar krachten zoals luchtweerstand nemen toe naarmate het vallende object sneller gaat. Als het lang genoeg vrij valt, zal een vallend object een snelheid bereiken waarbij de kracht van de weerstand gelijk wordt aan de zwaartekracht, en de twee zullen elkaar opheffen, waardoor het object met dezelfde snelheid valt totdat het raakt de grond. Dit wordt eindsnelheid genoemd.
Stappen
Methode een van 3: Oplossen voor Terminal Velocity
- een Gebruik de eindsnelheidformule, v = de vierkantswortel van ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Plug de volgende waarden in die formule om v, eindsnelheid op te lossen.
- m = massa van het vallende object
- g = de versnelling door zwaartekracht. Op aarde is dit ongeveer 9,8 meter per seconde.
- ρ = de dichtheid van de vloeistof waar het object doorheen valt.
- A = het geprojecteerde oppervlak van het object. Dit betekent het gebied van het object als u het projecteerde op een vlak dat loodrecht stond op de richting waarin het object beweegt.
- C = de weerstandscoëfficiënt. Dit aantal is afhankelijk van de vorm van het object. Hoe gestroomlijnder de vorm, hoe lager de coëfficiënt. U kunt enkele geschatte luchtweerstandscoëfficiënten opzoeken.
Methode 2 van 3: Vind de zwaartekracht
- een Zoek de massa van het vallende object. Dit moet worden gemeten in gram of kilogram, in het metrische systeem.
- Als u het imperiale systeem gebruikt, onthoud dan dat ponden niet echt een eenheid van massa zijn, maar van kracht. De eenheid van massa in het imperiale systeem is de pond-massa (lbm), die onder de zwaartekracht op het aardoppervlak een kracht van 32 pond-kracht (lbf) zou ervaren. Als een persoon bijvoorbeeld 160 pond op aarde weegt, voelt die persoon eigenlijk 160 pond, maar zijn massa is 5 pond.
- 2 Ken de versnelling als gevolg van de zwaartekracht van de aarde. Deze versnelling is dicht genoeg bij de aarde om luchtweerstand te ondervinden en is 9,8 meter per seconde in het kwadraat, of 32 voet per seconde in het kwadraat.
- 3 Bereken de neerwaartse aantrekkingskracht van de zwaartekracht. De kracht waarmee het vallende object naar beneden wordt getrokken is gelijk aan de massa maal de versnelling door de zwaartekracht, oftewel F = MA. Dit getal, vermenigvuldigd met twee, komt bovenaan de eindsnelheidsformule.
- In het imperiale systeem is dit de lbf van het object, het getal dat gewoonlijk gewicht wordt genoemd. Het is beter de massa in lbm maal 32 voet per seconde in het kwadraat. In het metrische systeem is de kracht de massa in gram maal 9,8 meter per seconde in het kwadraat.
Methode 3 van 3: Bepaal de sleepkracht
- een Verkrijg de dichtheid van het medium. Voor een object dat door de atmosfeer van de aarde valt, zal de dichtheid veranderen op basis van de hoogte en de temperatuur van de lucht. Dit maakt het berekenen van de eindsnelheid van een vallend object bijzonder moeilijk, omdat de dichtheid van de lucht zal veranderen naarmate het object hoogte verliest. U kunt echter de geschatte luchtdichtheid opzoeken in studieboeken en andere referenties.
- Als grove richtlijn is de luchtdichtheid op zeeniveau bij een temperatuur van 15 ° C 1,225 kg / m3.
- 2 Schat de luchtweerstandscoëfficiënt van het object. Dit aantal is gebaseerd op hoe gestroomlijnd het object is. Helaas is het een zeer complex getal om te berekenen, en er zijn bepaalde wetenschappelijke aannames bij betrokken. Probeer niet zelf de luchtweerstandscoëfficiënt te berekenen zonder de hulp van een windtunnel en serieuze aerodynamische wiskunde. Zoek in plaats daarvan een benadering op op basis van een object met dezelfde vorm.
- 3 Bereken het geprojecteerde oppervlak van het object. De laatste variabele die u moet weten, is het doorsnedegebied dat door het object aan het medium wordt gepresenteerd. Stel je voor dat het silhouet van het vallende object kan worden gezien als je er recht onder omhoog kijkt. Die vorm, geprojecteerd op een vlak, is het geprojecteerde gebied. Nogmaals, dit is een moeilijke waarde om te berekenen met allesbehalve eenvoudige geometrische objecten.
- 4 Zoek uit welke weerstandskracht de neerwaartse aantrekkingskracht van de zwaartekracht tegenwerkt. Als je de snelheid van het object kent, maar niet de sleepkracht, kun je de formule gebruiken om de sleepkracht te berekenen. Dit is (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2. Advertentie
Community Q&A
Zoeken Nieuwe vraag toevoegen- Vraag Als de druppel vrij valt met de eindsnelheid, wat gebeurt er dan? Het zal met die snelheid blijven vallen zonder te versnellen totdat het iets raakt.
- Vraag Wat is basisspringen? B.A.S.E is een afkorting voor Gebouwen, Antennes, Spans en Aarde. BASE-jumpen is een extreme sport waarbij je van deze verschillende vormen springt en een kleine parachute inzet.
- Vraag Welke snelheid is eindsnelheid? Ben Halford Hangt af van het gewicht, de vorm en de dichtheid van de lucht. Daarom heb je een manier om het te berekenen, omdat het geen constante is.
- Vraag Hoe vind ik de eindsnelheid met alleen straal en massa? U kunt het niet. U hebt meer informatie nodig om de vergelijking op te lossen.
- Vraag Is de eindsnelheid in de ruimte gelijk aan de lichtsnelheid? Matt Pattok Alles met massa vereist oneindige kracht om de lichtsnelheid te bereiken, dus zelfs in een vacuüm is het onmogelijk om de lichtsnelheid te bereiken. Dit is echt ingewikkeld, omdat licht is samengesteld uit fotonen, dit zijn massaloze deeltjes. Vanwege deze wet zou de eindsnelheid in een vacuüm 99,999 ...% van de lichtsnelheid zijn. Volgens Einsteins speciale relativiteitstheorie veroorzaakt dit ook tijdreizen naar de toekomst, omdat het naderen van de lichtsnelheid de tijd vertraagt. Als je sneller dan het licht zou kunnen reizen, zou de eindsnelheid helemaal niet bestaan (je zou blijven versnellen). Kortom, de eindsnelheid in de ruimte is maar een oneindig klein beetje langzamer dan licht.
- Vraag Wat is de verandering in momentum van een auto van 950 kg die rijdt van 40 m / s naar 31 m / s? Momentum (kgm / s) is gelijk aan massa (kg) maal snelheid (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
- Vraag Wat is de afstand die nodig is voor een vrij vallende massa van 100 kg om T.V. te bereiken? Volgens de definitie van een vrije val is er geen luchtweerstand. Aangezien de eindsnelheid wordt bereikt wanneer de kracht van de luchtweerstand = de zwaartekracht, is deze vraag een strikvraag.
- Vraag Hoe kan ik de eindsnelheid van het drijvende object als een kleine boot bepalen? Eindsnelheid verwijst naar de evenwichtssnelheid als een object door een medium valt. De boot heeft geen snelheid ten opzichte van het meest relevante medium, het water. Als de boot zou zinken, dan zou hij een eindsnelheid kunnen krijgen, in welk geval de bovenstaande bespreking van toepassing is.
- Vraag Hoe bereken ik de snelheid waarmee een skydiver valt na het bereiken van de eindsnelheid met behulp van de tijd na het bereiken van de eindsnelheid en de afgelegde afstand na het bereiken van de eindsnelheid? Als een skydiver de tv heeft bereikt, accelereert hij niet langer naar beneden. Als je de tijd weet dat hij is gevallen sinds hij de tv heeft bereikt en de afstand die is afgevallen, dan is zijn tv = dist / tijd. Dit komt door het feit dat de versnellingscomponent nul is (vanwege de eindsnelheid).
- Vraag Als een object met een eindsnelheid valt en een externe kracht met dezelfde richting als de valrichting op het voorwerp wordt uitgeoefend, zou dan een nieuwe eindsnelheid worden bereikt? Je zou massa toevoegen en mogelijk de weerstand veranderen. U zou de boekhouding voor een ander 'object' opnieuw moeten berekenen. Het is mogelijk dat het secundaire object werd beïnvloed door een lagere luchtdichtheid als gevolg van het zog van het eerste object. Het is ook mogelijk dat de luchtweerstand drastisch verandert, omdat de luchtstroom tussen twee objecten erg gecompliceerd is. Zie aerodynamica zoals F1 die rekening moet houden met vortexen. Er zal zeker enige energieoverdracht plaatsvinden bij een botsing, maar het zou nog steeds terugkeren naar zijn tv als er nog genoeg tijd in de lucht is.
- Kunnen we de eindsnelheid berekenen, gezien de waarde van de lengte, massa, weerstand en fluxdichtheid? Antwoord
- Wat als ik alleen tijd, massa en afstand heb, geen dichtheid door water of gebied, of sleepkracht? Antwoord
- Ik heb gelezen dat de cement- en stalen 'bommen' die het leger tijdens de training gebruikt, een sonische dreun veroorzaken tijdens hun afdaling. Kan een vallend voorwerp de geluidsbarrière doorbreken? Antwoord
- Hoe bereken ik de resulterende kracht op de sky-diver als zijn snelheid 5, 5 m / s is? Antwoord
- Zijn er verschillende eindsnelheden? Antwoord
Advertentie
Video . Door gebruik te maken van deze service kan bepaalde informatie met YouTube worden gedeeld.
Tips
- De eindsnelheid zal tijdens de vrije val eigenlijk licht veranderen. De zwaartekracht neemt iets toe naarmate het object dichter bij het middelpunt van de aarde komt, maar de hoeveelheid is te verwaarlozen. De dichtheid van het medium zal toenemen naarmate het object dieper in het medium komt. Dit is een veel meer merkbaar effect. Een skydiver zal in feite langzamer gaan rijden naarmate de val vordert, omdat de atmosfeer steeds dikker wordt naarmate de hoogte daalt.
- Zonder een open parachute zou een skydiver de grond raken met ongeveer 210 km / u.
Advertentie
