Opór ośrodka i prędkość graniczna: spadanie nie zawsze stale przyspiesza
W próżni swobodnie spadające ciała mają to samo przyspieszenie. W powietrzu lekki filtr papierowy zachowuje się inaczej niż stalowa kulka. Różnica nie obala grawitacji: do bilansu dochodzi opór ośrodka.
W tym materiale
W próżni swobodnie spadające ciała mają to samo przyspieszenie. W powietrzu lekki filtr papierowy zachowuje się inaczej niż stalowa kulka. Różnica nie obala grawitacji: do bilansu dochodzi opór ośrodka.
Potrzebne wiadomości: Druga zasada dynamiki, siła wypadkowa i wykres prędkości.
Model siły przeciwnej do ruchu
Opór zależy od prędkości względem ośrodka, kształtu i właściwości płynu. W uproszczonym ruchu pionowym w dół możemy przyjąć wartość F_o=bv albo F_o=cv^2, dla v dodatniego w dół. Te zależności opisują różne zakresy; nie stosujemy obu jednocześnie do tych samych danych bez modelu przejściowego.
Po pominięciu wyporu równanie wynosi m\,dv/dt=mg-F_o. Początkowo v=0, opór jest zerowy. W miarę wzrostu prędkości opór rośnie, a przyspieszenie maleje. Przy granicznej prędkości F_o=mg: dla modelu liniowego v_g=mg/b, dla kwadratowego v_g=\sqrt{mg/c}.
Spoczynek i równowaga sił to nie to samo
Ciało osiągające stałą prędkość graniczną ma zerową siłę wypadkową, ale nadal się porusza. Dla m=0,020 kg, g=10 m/s² i c=0,050 kg/m graniczna szybkość wynosi 2 m/s. Wzór ma sens wymiarowy: mg/c ma jednostkę m²/s².
Większa masa przy tym samym c daje większą prędkość graniczną. Nie oznacza to większego przyspieszenia w idealnym spadku bez oporu. Rzeczywiste ciało może nie zdążyć zbliżyć się do v_g podczas krótkiego lotu. Opór skierowany względem wiatru, wypór i zmiana orientacji mogą zmienić wynik.
Zadania do tego tematu
- Graniczna szybkość lekkiego modelu z oporem kwadratowym
- Podwojenie masy przy takim samym oporze liniowym
- Opór większy od ciężkości i znak przyspieszenia
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto