التعليقات

السرعة النهائية والسقوط الحر

السرعة النهائية والسقوط الحر



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

السرعة النهائية والسقوط الحر هما مفهومان مرتبطان يميلان إلى التشويش لأنهما يعتمدان على ما إذا كان الجسم في مكان فارغ أو في السائل (على سبيل المثال ، الغلاف الجوي أو حتى الماء). ألقِ نظرة على تعريفات ومعادلات المصطلحات ، وكيفية ارتباطها ، ومدى سرعة سقوط الجسم في السقوط الحر أو في سرعة المحطة الطرفية في ظل ظروف مختلفة.

تعريف السرعة النهائية

تُعرَّف السرعة الطرفية بأنها أعلى سرعة يمكن تحقيقها عن طريق جسم يسقط عبر سائل ، مثل الهواء أو الماء. عند الوصول إلى سرعة المطراف ، فإن قوة الجاذبية الهبوطية تساوي مجموع طفو الكائن وقوة السحب. كائن سرعة المحطة لديه تسارع صافي صفر.

معادلة السرعة الطرفية

هناك معادلتان مفيدتان بشكل خاص لإيجاد السرعة الطرفية. الأول يتعلق بالسرعة النهائية دون مراعاة الطفو:

الخامستي = (2mg / ρACد)1/2

أين:

  • الخامستي هي السرعة النهائية
  • م هي كتلة الكائن الساقط
  • g تسارع بسبب الجاذبية
  • Cد هو معامل السحب
  • density هي كثافة السائل الذي يسقط من خلاله الكائن
  • A هي مساحة المقطع المستعرض المسقطة بواسطة الكائن

في السوائل ، على وجه الخصوص ، من المهم أن تأخذ بعين الاعتبار ازدهار الكائن. يستخدم مبدأ أرخميدس لحساب إزاحة الحجم (V) بواسطة الكتلة. المعادلة تصبح:

الخامستي = 2 (m - )V) g / ρACد1/2

السقوط الحر تعريف

الاستخدام اليومي لمصطلح "السقوط الحر" ليس هو نفسه التعريف العلمي. في الاستخدام الشائع ، يعتبر غطاس السماء في السقوط الحر عند تحقيق السرعة النهائية دون استخدام المظلة. في الواقع ، يتم دعم وزن غطاس السماء عن طريق وسادة من الهواء.

يتم تعريف السقوط الحر إما وفقًا للفيزياء النيوتونية (الكلاسيكية) أو من حيث النسبية العامة. في الميكانيكا الكلاسيكية ، يصف السقوط الحر حركة الجسم عندما تكون القوة الوحيدة المؤثرة عليه هي الجاذبية. اتجاه الحركة (للأعلى ، للأسفل ، إلخ) غير مهم. إذا كان مجال الجاذبية موحدًا ، فإنه يعمل بشكل متساوٍ على جميع أجزاء الجسم ، مما يجعله "بدون وزن" أو يعاني من "0 جم". على الرغم من أن الأمر قد يبدو غريباً ، إلا أنه قد يكون السقوط الحر حتى عندما يتحرك للأعلى أو في أعلى حركته. يحقق القفز المظلي من خارج الغلاف الجوي (مثل قفزة HALO) تقريبًا سرعة قصوى نهائية وسقوط حر.

بشكل عام ، طالما أن مقاومة الهواء لا تكاد تذكر فيما يتعلق بوزن الجسم ، فإنه يمكن أن يحقق السقوط الحر. الامثله تشمل:

  • مركبة فضائية في الفضاء دون نظام الدفع تشارك
  • كائن ألقيت صعودا
  • كائن إسقاط من برج إسقاط أو في أنبوب إسقاط
  • شخص يقفز

في المقابل ، الكائنات ليس في السقوط الحر تشمل

  • طائر طائر
  • طائرة طيران (لأن الأجنحة توفر المصعد)
  • استخدام المظلة (لأنها تقاوم الجاذبية بالسحب وفي بعض الحالات قد توفر المصعد)
  • لاعب القفز المظلي لا يستخدم المظلة (لأن قوة السحب تساوي وزنه عند سرعة المطراف)

في النسبية العامة ، يتم تعريف السقوط الحر على أنه حركة الجسم على طول الجيوديسية ، مع وصف الجاذبية بأنها انحناء الزمكان.

معادلة السقوط الحر

إذا كان جسم ما يسقط نحو سطح الكوكب وكانت قوة الجاذبية أكبر بكثير من قوة مقاومة الهواء أو غير أن سرعتها أقل بكثير من سرعة المطراف ، يمكن تقريب السرعة الرأسية للسقوط الحر على النحو التالي:

الخامستي = gt + v0

أين:

  • الخامستي هي السرعة العمودية بالأمتار في الثانية
  • الخامس0 هي السرعة الأولية (م / ث)
  • g هو التسارع بسبب الجاذبية (حوالي 9.81 م / ث2 بالقرب من الأرض)
  • t هو الوقت المنقضي

ما مدى سرعة السرعة الطرفية؟ إلى أي مدى تقع؟

نظرًا لأن سرعة المطراف تعتمد على السحب والمقطع العرضي للكائن ، فلا توجد سرعة واحدة لسرعة المطراف. بشكل عام ، يصل الشخص الذي يسقط في الهواء على الأرض إلى السرعة النهائية بعد حوالي 12 ثانية ، والتي تغطي حوالي 450 متر أو 1500 قدم.

يصل القفز بالمظلات في وضع البطن إلى الأرض بسرعة نهائية تبلغ حوالي 195 كم / ساعة (54 م / ث أو 121 ميل في الساعة). إذا كان لاعب القفز المظلي يسحب ذراعيه وساقيه ، فإن مقطعه العرضي سينخفض ​​، مما يزيد من سرعة المحطة إلى حوالي 320 كم / ساعة (90 م / ث أو أقل بقليل من 200 ميل في الساعة). هذا هو تقريبا نفس السرعة النهائية التي تحققها غوص الصقور في الغوص بحثا عن فريسة أو عن رصاصة تسقط بعد سقوطها أو إطلاقها صعودا. تم تعيين السرعة النهائية لمحطة الرقم القياسي العالمي بواسطة Felix Baumgartner ، الذي قفز من 39000 متر ووصل إلى سرعة نهائية تبلغ 134 كم / ساعة (834 ميل في الساعة).

مراجع ومزيد من القراءة

  • هوانغ ، جيان (1999). "سرعة جهاز القفز بالمظلات (السرعة الطرفية)". كتاب حقائق الفيزياء. جلين إلرت ، مدرسة ميدوود الثانوية ، كلية بروكلين.
  • All About the Peregrine Falcon ". خدمة الأسماك والحياة البرية في الولايات المتحدة. 20 ديسمبر 2007. (تم الأرشفة)
  • البالستية (مارس 2001). "الرصاص في السماء". W. Square Enterprises، 9826 Sagedale، Houston، Texas 77089.


شاهد الفيديو: السقوط الحر اول ثانوي (أغسطس 2022).