Sådan finder du din hastighedsgrænse

Indhold

Trin
Metode 1 af 3: Beregning af hastighedsgrænse
Metode 2 af 3: Beregning af tyngdekraften
Metode 3 af 3: Bestem modstandskræfter
Tips
Yderligere artikler

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor faldskærmsudspringere ender med at nå deres topfart, når de falder, selvom tyngdekraften i et vakuum får kroppen til at accelerere konstant? En faldende krop når sin topfart, når der er en form for begrænsningskraft, såsom luftmodstand. Tyngdekraften virker på et legeme med en konstant værdi, men luftmodstandens kraft stiger med en stigning i kroppens fald. Hvis det frie fald varer længe nok, når kroppens faldende hastighed en sådan værdi, hvor modstandskraften bliver lig med tyngdekraften, og disse kræfter kompenserer hinanden; som et resultat vil kroppen fortsætte med at falde med en konstant hastighed, indtil den rører jorden. Denne hastighed kaldes topfart.

Trin

Metode 1 af 3: Beregning af hastighedsgrænse

1 Formel til at finde den begrænsende hastighed: v = kvadratrod af ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Indsæt værdierne for variablerne for at finde hastighedsgrænsen v.
- m = massen af den faldende krop.
- g = acceleration på grund af tyngdekraften. På Jorden er det omtrent lig med 9,8 m / s2.
- ρ = tætheden af væsken, som kroppen falder i.
- A = kropsprojektionsområde. Dette er området af kropsområdet vinkelret på kroppens bevægelsesretning.
- C = trækkoefficient. Det afhænger af kroppens form. Jo mere strømlinet formen er, desto lavere er koefficienten.

Metode 2 af 3: Beregning af tyngdekraften

1 Find massen af den faldende krop. I det metriske system måles det i gram eller kilogram.
2 Indstil accelerationen på grund af tyngdekraften. På en afstand tæt nok til jorden til at støde på luftmodstand er denne værdi 9,8 m / s2.
3 Beregn tyngdekraften. Det er lig med kroppens masse ganget med accelerationen på grund af tyngdekraften F = m * g.

Metode 3 af 3: Bestem modstandskræfter

1 Find densitet af mediet. For et legeme, der falder gennem Jordens atmosfære, vil densiteten ændre sig afhængigt af luftens højde og temperatur. Dette gør beregningen af en frit faldende krops begrænsende hastighed særlig vanskelig, da luftens tæthed ændres, når kroppen nærmer sig jorden. Du kan dog finde omtrentlige værdier for lufttæthed i lærebøger eller andre kilder.
- Som en retningslinje er lufttætheden ved havniveau ved 15 ° C 1.225 kg / m3.
2 Vurder kroppens trækkoefficient. Dette tal afhænger af effektiviseringen af kroppen. Desværre er dette en meget vanskelig størrelse at beregne og indebærer at gøre visse videnskabelige antagelser. Prøv ikke at beregne trækkoefficienten uden hjælp fra en vindtunnel og nogle komplicerede aerodynamiske beregninger. Tag i stedet en færdiglavet kropsværdi, der ligner din form.
3 Beregn det projicerede område af objektet. Den sidste variabel, du skal finde, er kroppens tværsnitsareal. Forestil dig silhuetten af en faldende krop ovenfra. Området af denne silhuet (projektionsområde), der projiceres på flyet, skal findes. Igen er dette en vanskelig værdi at beregne, bortset fra simple formede kroppe.
4 Find den modstandskraft, der er det modsatte af tyngdekraften. Hvis du kender kroppens hastighed, findes modstandskraften ved formlen: (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.

Tips

Faldende uden faldskærm rammer en person jorden med en hastighed på cirka 240 km / t.
Begrænsningshastigheden ændrer sig faktisk lidt under frit fald. Tyngdekraften stiger, når kroppen nærmer sig Jordens centrum, men dette kan negligeres. Tætheden af mediet stiger med faldende faldhøjde. Dette er en meget mere mærkbar effekt. Skydiveren vil faktisk bremse, når han falder, da atmosfærens tæthed stiger dramatisk med faldende afstand til Jorden.