Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao những người nhảy dù cuối cùng lại đạt vận tốc tối đa khi họ rơi, khi lực hấp dẫn trong chân không sẽ khiến các vật thể tăng tốc đồng đều? Một vật đang rơi sẽ đạt vận tốc không đổi khi có lực cản, chẳng hạn như lực cản của không khí. Lực tác dụng bởi trọng lực gần một vật thể lớn thường không đổi, nhưng các lực, chẳng hạn như lực cản của không khí, tăng nhanh hơn khi vật thể rơi xuống. Nếu được thả rơi tự do trong một thời gian đủ dài, vật rơi sẽ đạt vận tốc mà lực ma sát trở nên bằng trọng trường và hai tác dụng triệt tiêu nhau làm cho vật rơi cùng vận tốc cho đến khi va chạm. mặt đất. Tốc độ này được gọi là vận tốc đầu cuối.
Bươc chân
Phương pháp 1/3: Tìm tốc độ đầu cuối
Bước 1. Sử dụng công thức vận tốc đầu cuối, v = căn bậc hai của ((2 * m * g) / (ρ * A * C))
Đưa các giá trị sau vào công thức để tìm v, vận tốc đầu cuối.
- m = khối lượng của vật rơi
- g = gia tốc do trọng trường. Trên Trái đất, gia tốc này là khoảng 9,8 mét / giây / giây.
- = khối lượng riêng của chất lỏng mà vật rơi đi qua.
- A = diện tích hình chiếu của vật thể. Điều này có nghĩa là diện tích của đối tượng nếu bạn chiếu nó lên một mặt phẳng vuông góc với hướng mà đối tượng đang chuyển động.
- C = Hệ số cảm kháng. Con số này phụ thuộc vào hình dạng của vật thể. Vật thể càng khí động thì hệ số càng nhỏ. Bạn có thể tìm thấy một số hệ số kéo gần đúng tại đây.
Phương pháp 2/3: Tìm Lực hấp dẫn
Bước 1. Tìm khối lượng của vật rơi
Tốt nhất nên đo khối lượng này bằng gam hoặc kilôgam trong hệ mét.
Nếu bạn sử dụng hệ thống đo lường Anh, hãy nhớ rằng pound không thực sự là một đơn vị khối lượng, mà là lực lượng. Đơn vị khối lượng trong hệ đo lường Anh là pound-mass (lbm), dưới tác dụng của lực hấp dẫn của bề mặt trái đất, sẽ cảm nhận được một lực 32 pound-lực (lbf). Ví dụ, nếu một người nặng 160 pound trên trái đất, người đó thực sự cảm thấy 160 lbf, nhưng khối lượng là 5 lbm
Bước 2. Biết gia tốc do trọng trường của Trái đất
Đủ gần trái đất để vượt qua sức cản của không khí, gia tốc này là 9,8 mét / giây bình phương, hoặc bình phương 32 feet / giây.
Bước 3. Tính lực hút vật hướng xuống
Lực kéo một vật xuống bằng khối lượng của vật đó nhân với gia tốc trọng trường, hay F = Ma. Con số này, nhân với hai, là nửa trên của công thức vận tốc đầu cuối.
Trong hệ đo lường Anh, lực này là lbf của vật thể, một con số thường được gọi là trọng lượng. Chính xác hơn, khối lượng tính bằng lbm nhân với 32 feet / giây bình phương. Trong hệ mét, lực có khối lượng tính bằng gam nhân với 9,8 mét trên giây bình phương
Phương pháp 3/3: Xác định mức kháng cự
Bước 1. Tìm khối lượng riêng của môi trường
Đối với một vật thể rơi trong bầu khí quyển của Trái đất, mật độ của nó sẽ thay đổi theo độ cao và nhiệt độ không khí. Điều này làm cho việc tính toán vận tốc đầu cuối của một vật thể rơi rất khó khăn, vì mật độ của không khí sẽ thay đổi khi vật thể mất độ cao. Tuy nhiên, bạn có thể tra cứu ước tính mật độ không khí trong sách gói và các tài liệu tham khảo khác.
Như một hướng dẫn sơ bộ, mật độ của không khí ở mực nước biển ở 15 ° C là 1.225 kg / m3
Bước 2. Ước lượng hệ số cản của vật
Con số này dựa trên cách thức khí động học của một vật thể. Thật không may, điều này rất phức tạp để tính toán và liên quan đến việc đưa ra các ước tính khoa học nhất định. Đừng cố gắng tự mình tính toán hệ số cản mà không có sự trợ giúp của các đường hầm gió và toán học khí động học phức tạp. Tuy nhiên, hãy tìm kiếm các ước tính dựa trên các đối tượng có hình dạng gần giống nhau.
Bước 3. Tính diện tích hình chiếu của vật thể
Biến cuối cùng bạn cần biết là diện tích của đối tượng chạm vào phương tiện. Hãy tưởng tượng hình bóng của một vật thể rơi xuống có thể nhìn thấy được khi nhìn trực tiếp từ bên dưới vật thể đó. Hình chiếu trên một mặt phẳng là diện tích của hình chiếu. Một lần nữa, đây là một giá trị khó tính cho bất kỳ đối tượng nào, ngoại trừ các đối tượng hình học đơn giản.
Bước 4. Tìm lực cản đối với lực hút hướng xuống
Nếu bạn biết vận tốc của một vật, nhưng không biết lực cản của nó, bạn có thể sử dụng công thức này để tính lực cản. Công thức là (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.
Lời khuyên
- Tốc độ thiết bị đầu cuối thực tế sẽ thay đổi một chút khi rơi tự do. Lực hấp dẫn tăng lên một chút khi vật thể càng gần tâm trái đất, nhưng độ lớn của nó không đáng kể. Mật độ của môi trường sẽ tăng lên khi vật thể càng vào sâu trong môi trường. Hiệu ứng này sẽ rõ ràng hơn. Một người nhảy dù thực sự sẽ giảm tốc độ trong suốt mùa thu vì bầu khí quyển trở nên dày hơn khi độ cao giảm.
- Nếu không có một chiếc dù mở, một người nhảy dù sẽ chạm đất với tốc độ 130 dặm / h (210 km / h).
