Hoe de eindsnelheid te berekenen

Heb je je ooit afgevraagd waarom de parachutisten een maximale snelheid bereiken wanneer ze in de vrije val gaan wanneer we weten dat de zwaartekracht ervoor zorgt dat een object in vrije val onophoudelijk versnelt? Een object in vrije val bereikt een constante snelheid wanneer er een beperkende kracht is, zoals een weerstand veroorzaakt door lucht. De kracht uitgeoefend door de zwaartekracht is constant, maar krachten zoals luchtweerstand nemen toe naarmate het object sneller beweegt. Als het object lang genoeg valt, bereikt een object in de vrije val een snelheid waarbij de weerstandsterkte gelijk wordt aan de zwaartekracht, en beide worden geannuleerd, waardoor het object met dezelfde snelheid valt totdat het bereikt naar de grond Dit wordt eindsnelheid genoemd.

Inhoud

Stappen

Methode 1bereken de eindsnelheid
Methode 2zoek de zwaartekracht
Methode 3bepaal de sleepkracht

Tips

stappen

Methode 1
Bereken de eindsnelheid

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 1

Gebruik de formule voor de eindsnelheid, v = de vierkantswortel van ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Vervang met de volgende waarden in de formule om v, de eindsnelheid, op te lossen.

m = de massa van het vallende voorwerp.
g = de versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht. Op aarde is dit ongeveer 9,8 meter per seconde in het kwadraat.
ρ = de dichtheid van de vloeistof waardoor het voorwerp valt.
A = het geprojecteerde gebied van het object. Dit is het gebied van het object als u het projecteert in een vlak dat loodrecht staat op de richting waarin het object zich verplaatst.
C = de luchtweerstandscoëfficiënt. Dit aantal is afhankelijk van de vorm van het object. Hoe aerodynamischer de vorm, hoe lager de coëfficiënt. U kunt op internet zoeken naar een aantal coëfficiënten bij benadering. Zie voor meer informatie deze link.

Methode 2
Zoek de zwaartekracht

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 2

Zoek de massa van het vallende object. Dit moet worden gemeten in gram of kilogram, in het metrische systeem.

Als je het imperiale systeem gaat gebruiken, bedenk dan dat het pond niet echt een eenheid van massa is, maar van kracht. De massa-eenheid van het imperiale systeem zou de pondmassa (lbm) zijn, die een kracht van 32 pond-kracht (lbf) ervaart op aarde. Als de persoon bijvoorbeeld 160 kilo weegt op aarde, voelt hij feitelijk 160 lbf, maar zijn massa is 5 lbm.

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 3

Ken de versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht van de aarde. De versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht is 9,8 meter per seconde in het kwadraat of 32 voet per seconde in het kwadraat.

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 4

Bereken de kracht veroorzaakt door de zwaartekracht. De kracht die het object naar beneden trekt is gelijk aan de massa als gevolg van versnelling, of F = MA. Dit getal, vermenigvuldigd met twee, wordt boven aan de formule van de eindsnelheid geplaatst.

In het imperiale systeem zul je op zoek zijn naar de lbf van het object, of wat we zouden noemen. Het is eerder de massa in lbm met 32 voet per seconde in het kwadraat. In het metrieke stelsel is de kracht de massa in grammen per 9,8 meter per seconde in het kwadraat.

Methode 3
Bepaal de sleepkracht

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 5

Bereken de dichtheid van het medium. Voor een object dat door de atmosfeer van de aarde valt, verandert de dichtheid afhankelijk van de hoogte en luchttemperatuur. Dit maakt de taak van het berekenen van de eindsnelheid voor een vallend object enigszins moeilijk, omdat de dichtheid van de lucht zal veranderen als het object hoogte verliest. U kunt echter benaderende dichtheden van lucht vinden in handboeken en andere verwijzingen.

Als een korte handleiding is de dichtheid van lucht op zeeniveau bij een temperatuur van 15 ° C 1.225 kg / m3.

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 6

Schat de luchtweerstandscoëfficiënt van het object. Dit aantal is gebaseerd op hoe aerodynamisch het object is. Helaas is het een heel moeilijk cijfer om te berekenen en gaat het om een aantal wetenschappelijke hypotheses. Probeer de luchtweerstandscoëfficiënt niet zelf te berekenen zonder de hulp van een windtunnel en enkele andere ernstige wiskundige berekeningen. Op een vergelijkbare manier beter op zoek zijn naar een benadering op basis van een object.

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 7

Bereken het geprojecteerde gebied van het object. De laatste variabele die u nodig hebt, is het dwarsdoorsnede-oppervlak dat het object vertegenwoordigt. Stel je het silhouet voor van het object van onderaf gezien. Dat cijfer, geprojecteerd op een vlak, zal het geprojecteerde gebied zijn. Nogmaals, dit is een ingewikkelde waarde om te berekenen wanneer u alleen eenvoudige geometrische objecten hebt.

Titel afbeelding Calculate Terminal Velocity Step 8

Bereken de sleepkracht die tegen de zwaartekracht in is. Als u de snelheid van het object kent, maar niet de sleepkracht, kunt u de formule gebruiken om de sleepkracht te berekenen. De formule is (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.

tips

De eindsnelheid zal een beetje veranderen tijdens de vrije val. De zwaartekracht zal iets toenemen naarmate het object dichter bij het centrum van de aarde komt, maar de hoeveelheid is verwaarloosbaar. De dichtheid van het medium neemt toe als het object valt. Dit is een veel meer merkbaar effect. Een parachutist begint snelheid te verliezen als hij valt, omdat de atmosfeer dichter wordt naarmate de hoogte verloren gaat.
Zonder parachute zou een parachutist de grond raken met een snelheid van 210 km / h (130 mph).

Delen op sociale netwerken:

Verwant