Paraşütçüler düştüklerinde neden tam hıza ulaştıklarını hiç merak ettiniz mi, boşluktaki yerçekimi kuvveti nesnelerin eşit şekilde hızlanmasına neden olur mu? Düşen bir nesne, havanın sürüklemesi gibi bir sürükleme kuvveti olduğunda sabit bir hıza ulaşacaktır. Büyük bir cismin yakınında yerçekimi tarafından uygulanan kuvvet genellikle sabittir, ancak hava direnci gibi kuvvetler cisim düştükçe daha hızlı artar. Yeterince uzun bir süre serbestçe düşmesine izin verilirse, düşen nesne, sürtünme kuvvetinin yerçekimi kuvvetine eşit olduğu bir hıza ulaşacak ve ikisi birbirini iptal edecek ve nesnenin çarpıncaya kadar aynı hızda düşmesine neden olacaktır. yer. Bu hıza terminal hız denir.
Adım
Yöntem 1/3: Terminal Hızını Bulma
Adım 1. Terminal hız formülünü kullanın, v = karekökü ((2*m*g)/(ρ*A*C))
Terminal hızı olan v'yi bulmak için aşağıdaki değerleri formüle takın.
- m = düşen nesnenin kütlesi
- g = yerçekimi nedeniyle ivme. Dünya'da bu ivme saniyede yaklaşık 9,8 metre/saniyedir.
- = düşen nesnenin içinden geçtiği sıvının yoğunluğu.
- A = nesnenin öngörülen alanı. Bu, nesnenin hareket ettiği yöne dik olan bir düzleme yansıtırsanız nesnenin alanı anlamına gelir.
- C = Direnç katsayısı. Bu sayı cismin şekline bağlıdır. Nesne ne kadar aerodinamik olursa, katsayı o kadar küçük olur. Burada bazı yaklaşık sürükleme katsayılarını bulabilirsiniz.
Yöntem 2/3: Yerçekimi Kuvvetini Bulun
Adım 1. Düşen cismin kütlesini bulun
Bu kütle tercihen metrik sistemde gram veya kilogram olarak ölçülür.
Emperyal sistemi kullanıyorsanız, poundun gerçekten bir kütle değil, kuvvet birimi olduğunu unutmayın. Emperyal sistemdeki kütle birimi, dünya yüzeyinin yerçekimi kuvvetinin etkisi altında 32 pound-kuvvet (lbf) hissedecek olan pound-kütledir (lbm). Örneğin, bir kişi dünyada 160 pound ağırlığındaysa, o kişi aslında 160 lbf hisseder, ancak kütle 5 lbm'dir
Adım 2. Dünyanın yerçekiminden kaynaklanan ivmeyi bilin
Hava direncinin üstesinden gelmek için toprağa yeterince yakın olan bu ivme, saniyede 9,8 metre kare veya saniyede 32 fit karedir.
Adım 3. Aşağı doğru yerçekimini hesaplayın
Bir nesneyi aşağı çeken kuvvet, nesnenin kütlesi ile yerçekiminden kaynaklanan ivmenin çarpımına eşittir veya F = Ma. İki ile çarpılan bu sayı, terminal hız formülünün üst yarısıdır.
Emperyal sistemde, bu kuvvet, genellikle ağırlık olarak adlandırılan bir sayı olan nesnenin lbf'sidir. Daha doğrusu, lbm cinsinden kütle çarpı 32 fit bölü saniye kare. Metrik sistemde kuvvet, gram cinsinden kütle çarpı 9,8 metre bölü saniyenin karesidir
Yöntem 3/3: Direnci Belirleyin
Adım 1. Ortamın yoğunluğunu bulun
Dünya atmosferine düşen bir nesne için yoğunluğu, yükseklik ve hava sıcaklığı ile değişecektir. Bu, düşen bir nesnenin son hızının hesaplanmasını çok zorlaştırır, çünkü nesne irtifa kaybettikçe havanın yoğunluğu değişecektir. Bununla birlikte, paket kitaplarında ve diğer referanslarda hava yoğunluğu tahminlerine bakabilirsiniz.
Kaba bir kılavuz olarak, deniz seviyesinde 15 °C'de havanın yoğunluğu 1.225 kg/m3'tür
Adım 2. Nesnenin direnç katsayısını tahmin edin
Bu sayı, bir nesnenin ne kadar aerodinamik olduğuna bağlıdır. Ne yazık ki, bunu hesaplamak çok karmaşıktır ve belirli bilimsel tahminler yapmayı gerektirir. Rüzgar tünellerinin ve karmaşık aerodinamik matematiğin yardımı olmadan sürükleme katsayısını kendi başınıza hesaplamaya çalışmayın. Bununla birlikte, şekil olarak neredeyse aynı olan nesnelere dayalı tahminler arayın.
Adım 3. Nesnenin öngörülen alanını hesaplayın
Bilmeniz gereken son değişken, ortama çarpan nesnenin alanıdır. Doğrudan nesnenin altından bakıldığında görülebilen düşen bir nesnenin siluetini hayal edin. Bir düzleme yansıtılan şekil, projeksiyonun alanıdır. Yine bu, basit geometrik nesneler dışında herhangi bir nesne için hesaplanması zor bir değerdir.
Adım 4. Aşağı doğru yerçekimine karşı sürükleme kuvvetini bulun
Bir nesnenin hızını biliyor ancak sürüklemesini bilmiyorsanız, sürükleme kuvvetini hesaplamak için bu formülü kullanabilirsiniz. Formül (C*ρ*A*(v^2))/2'dir.
İpuçları
- Serbest düşüş sırasında gerçek terminal hızı biraz değişecektir. Nesne dünyanın merkezine yaklaştıkça yerçekimi biraz artar, ancak büyüklüğü ihmal edilebilir. Cisim ortamın derinliklerine indikçe ortamın yoğunluğu artacaktır. Bu etki daha görünür olacaktır. Bir paraşütçü aslında düşüş sırasında yavaşlayacaktır çünkü irtifa azaldıkça atmosfer kalınlaşır.
- Açık bir paraşüt olmadan, bir paraşütçü yere 130 mil/sa (210 km/sa) hızla çarpardı.
