Oletko koskaan miettinyt, miksi laskuvarjohyppääjät saavuttavat lopulta täyden nopeuden putoamisen aikana, kun painovoima tyhjiössä saa esineet kiihtymään tasaisesti? Putoava esine saavuttaa vakionopeuden, kun on olemassa vastavoima, kuten ilmanvastus. Painovoiman aiheuttama voima suuren kehon lähellä on yleensä vakio, mutta voimat, kuten ilmanvastus, kasvavat nopeammin esineen putoamisen myötä. Jos sen annetaan pudota vapaasti riittävän pitkään, putoava esine saavuttaa nopeuden, jossa kitkavoima tulee yhtä suureksi kuin painovoima, ja nämä kaksi peruuttavat toisensa, jolloin esine putoaa samalla nopeudella, kunnes se osuu maa. Tätä nopeutta kutsutaan päätteeksi.
Vaihe
Tapa 1 /3: Päätelaitteen nopeuden löytäminen
Vaihe 1. Käytä päätteen nopeuskaavaa, v = neliöjuuri ((2*m*g)/(ρ*A*C))
Liitä seuraavat arvot kaavaan löytääksesi v, terminaalinopeuden.
- m = putoavan kohteen massa
- g = painovoiman aiheuttama kiihtyvyys. Maan kiihtyvyys on noin 9,8 metriä sekunnissa sekunnissa.
- = nesteen tiheys, jonka läpi putoava esine kulkee.
- A = kohteen projisoitu alue. Tämä tarkoittaa kohteen aluetta, jos projisoit sen tasolle, joka on kohtisuorassa kohteen liikesuuntaan nähden.
- C = vastuskerroin. Tämä luku riippuu kohteen muodosta. Mitä aerodynaamisempi kohde, sitä pienempi kerroin. Löydät likimääräiset vastuskertoimet täältä.
Tapa 2/3: Etsi painovoima
Vaihe 1. Etsi putoavan kohteen massa
Tämä massa mitataan edullisesti grammoina tai kilogrammoina metrisessä järjestelmässä.
Jos käytät keisarillista järjestelmää, muista, että punta ei oikeastaan ole massayksikkö vaan voima. Keisarillisen järjestelmän massayksikkö on punta-massa (lbm), joka maanpinnan painovoiman vaikutuksesta tuntuu 32 kilon voimalta (lbf). Jos esimerkiksi henkilö painaa 160 kiloa maan päällä, hän todella tuntee 160 lbf, mutta massa on 5 lbm
Vaihe 2. Tiedä maan painovoimasta johtuva kiihtyvyys
Tämä kiihtyvyys on riittävän lähellä maata voittaakseen ilmanvastuksen, 9,8 metriä sekunnissa neliössä tai 32 jalkaa sekunnissa neliössä.
Vaihe 3. Laske painovoima alaspäin
Voima, joka vetää kappaleen alas, on yhtä suuri kuin kohteen massa kertaa painovoiman aiheuttama kiihtyvyys tai F = Ma. Tämä luku kerrottuna kahdella on päätelaitteen nopeuskaavan yläpuolisko.
Keisarillisessa järjestelmässä tämä voima on kohteen lbf, luku, jota tavallisesti kutsutaan painoksi. Tarkemmin sanottuna massa lbm kertaa 32 jalkaa sekunnissa neliössä. Metrijärjestelmässä voima on massa grammoina kertaa 9,8 metriä sekunnissa neliössä
Tapa 3/3: Määritä vastus
Vaihe 1. Etsi väliaineen tiheys
Maan ilmakehään putoavan kohteen tiheys muuttuu korkeuden ja ilman lämpötilan mukaan. Tämä tekee putoavan kohteen päätteenopeuden laskemisesta erittäin vaikeaa, koska ilman tiheys muuttuu esineen menettäessä korkeutta. Voit kuitenkin etsiä ilman tiheyden arvioita pakkauskirjoista ja muista viitteistä.
Karkeana ohjeena on, että ilman tiheys merenpinnalla 15 ° C: ssa on 1225 kg/m3
Vaihe 2. Arvioi kohteen vastuskerroin
Tämä luku perustuu siihen, kuinka aerodynaaminen esine on. Valitettavasti tämän laskeminen on erittäin monimutkaista ja edellyttää tiettyjen tieteellisten arvioiden tekemistä. Älä yritä laskea ilmanvastuskerrointa itse ilman tuulitunnelien ja monimutkaisen aerodynaamisen matematiikan apua. Pyydä kuitenkin arvioita, jotka perustuvat muodoltaan lähes identtisiin kohteisiin.
Vaihe 3. Laske kohteen projisoitu alue
Viimeinen muuttuja, joka sinun on tiedettävä, on kohteen alue, joka osuu tietovälineeseen. Kuvittele putoavan kohteen siluetti, joka näkyy suoraan kohteen alapuolelta katsottuna. Muoto, joka projisoidaan tasolle, on projektion alue. Jälleen tämä on vaikea laskea arvo mille tahansa objektille, paitsi yksinkertaisille geometrisille objekteille.
Vaihe 4. Etsi vetovoima alaspäin kohdistuvaa painovoimaa vastaan
Jos tiedät kohteen nopeuden, mutta et tiedä sen vetovoimaa, voit käyttää tätä kaavaa laskemaan vastavoiman. Kaava on (C*ρ*A*(v^2))/2.
Vinkkejä
- Todellinen terminaalin nopeus muuttuu hieman vapaapudotuksen aikana. Painovoima kasvaa hieman, kun kohde lähestyy maan keskustaa, mutta sen suuruus on vähäinen. Väliaineen tiheys kasvaa, kun kohde syvenee väliaineeseen. Tämä vaikutus tulee näkyvämmäksi. Laskuvarjohyppääjä itse asiassa hidastaa vauhtia syksyllä, koska ilmakehä muuttuu paksummaksi korkeuden laskiessa.
- Ilman avointa laskuvarjoa laskuvarjohyppääjä osuisi maahan nopeudella 210 km/h.
