Terminalas greitis ir laisvas kritimas

Gnybtų greitis ir laisvas kritimas yra dvi susijusios sąvokos, kurios paprastai kelia painiavą, nes priklauso nuo to, ar kūnas yra tuščioje vietoje, ar skysčio (pvz., atmosfera ar net vanduo). Pažvelkite į terminų apibrėžimus ir lygtis, kaip jie yra susiję, ir kaip greitai kūnas krenta laisvojo kritimo metu ar esant greičio greičiui skirtingomis sąlygomis.

Galinis greitis yra apibrėžiamas kaip didžiausias greitis, kurį gali pasiekti daiktas, krintantis per skystį, pavyzdžiui, orą ar vandenį. Kai pasiekiamas galinis greitis, žemyn nukreipta sunkio jėga yra lygi objekto sumai plūdrumas ir tempimo jėga. Objekto, kurio greitis galinis, grynasis yra lygus nuliui pagreitis.

Yra dvi ypač naudingos lygtys, norint surasti terminalo greitį. Pirmasis skirtas galiniam greičiui, neatsižvelgiant į plūdrumą:

V_t = (2mg / ρAC_d)^1/2

kur:

• V_t yra galinis greitis
• m yra krintančio objekto masė
• g yra pagreitis dėl sunkio jėgos
• C_d yra tempimo koeficientas
• ρ yra skysčio, per kurį krinta daiktas, tankis
• A yra objekto numatytas skerspjūvio plotas

Visų pirma skysčiuose svarbu atsižvelgti į objekto plūdrumą. Archimedo principas naudojamas tūrio (V) poslinkiui pagal masę apskaičiuoti. Tada lygtis tampa:

V_t = [2 (m - ρV) g / ρAC_d]^1/2

Kasdien vartojamas terminas „laisvas kritimas“ nėra tas pats, kas mokslinis apibrėžimas. Paprastai įprasta, kad sklandytuvas gali laisvai kristi, kai pasiekia galinį greitį be parašiuto. Iš tikrųjų sklandytuvo svorį palaiko oro pagalvė.

Laisvas kritimas apibrėžiamas arba pagal Niutono (klasikinę) fiziką, arba pagal bendrasis reliatyvumas. Klasikinėje mechanikoje laisvas kritimas apibūdina kūno judesį, kai vienintelė jėga, veikianti jį, yra gravitacija. Judėjimo kryptis (aukštyn, žemyn ir kt.) Nesvarbi. Jei gravitacinis laukas yra vienodas, jis vienodai veikia visas kūno dalis, todėl jis yra „nesvarus“ arba patiria „0 g“. Nors tai gali atrodyti keista, daiktas gali laisvai kristi net judėdamas aukštyn arba judesio viršuje. Skydiver, šokinėjantis iš atmosferos išorės (kaip HALO šuolis), beveik pasiekia tikrąjį galinį greitį ir laisvą kritimą.

Apskritai, jei oro pasipriešinimas daikto svoriui yra nereikšmingas, jis gali laisvai kristi. Pavyzdžiai:

• Kosminis erdvėlaivis, kuriame neįjungta varomoji sistema
• Objektas, išmestas aukštyn
• Iš kritimo bokšto arba į kritimo vamzdelį nukritęs daiktas
• Žmogus pašoko

Priešingai, objektai ne laisvame kritime yra:

• Skraidantis paukštis
• Skraidantis orlaivis (nes sparnai suteikia pakėlimą)
• Naudokite parašiutą (nes jis atremia sunkio jėgos pasipriešinimą ir kai kuriais atvejais gali kelti keltuvą)
• Skydiveris, nenaudojantis parašiuto (nes tempimo jėga lygi jo svoriui terminalo greičiu)

Bendrasis reliatyvumas laisvas kritimas yra apibrėžiamas kaip kūno judėjimas išilgai geodezijos, gravitacija apibūdinama kaip erdvės ir laiko kreivė.

Jei objektas krenta planetos paviršiaus link, o gravitacijos jėga yra daug didesnė nei oro jėga varža ar kitu atveju jo greitis yra daug mažesnis nei galinis greitis, vertikalus laisvo kritimo greitis gali būti apytiksliai kaip:

v_t = gt + v₀

kur:

• v_t yra vertikalus greitis metrais per sekundę
• v₀ yra pradinis greitis (m / s)
• g yra pagreitis dėl sunkio jėgos (apie 9,81 m / s² prie Žemės)
• t yra praėjęs laikas (-ai)

Kadangi terminalo greitis priklauso nuo tempimo ir objekto skerspjūvio, terminalo greičiui nėra vieno greičio. Apskritai, žmogus, krentantis per orą žemėje, galinį greitį pasiekia maždaug po 12 sekundžių, kuris apima maždaug 450 metrų arba 1500 pėdų.

„Skydiver“ padėtis nuo žemės iki žemės pasiekia galutinį greitį apie 195 km / h (54 m / s arba 121 mph). Jei dangoraižis įsitraukia į rankas ir kojas, jo skerspjūvis sumažėja, o galinis greitis padidėja iki maždaug 320 km / h (90 m / s arba šiek tiek mažiau nei 200 mylių per valandą). Tai beveik tas pats, kaip galinis greitis, kurį pasiekia nugrimzdamas į grobį ar kulką, nukritusią žemyn po to, kai ji buvo numesta ar išmesta aukštyn. Pasaulio rekordinį terminalo greitį nustatė Feliksas Baumgartneris, kuris šoktelėjo iš 39 000 metrų ir pasiekė 134 km / h (834 mph) greitį.

• Huangas, Jian. „Skydiver greitis (terminalo greitis)“. Fizikos faktų knyga. Glenn Elert, Bruklino koledžo Midwoodo vidurinė mokykla, 1999 m.
• JAV žuvų ir laukinės gamtos tarnyba. "Viskas apie „Peregrine Falcon“. “2007 m. Gruodžio 20 d.
• Balististas. „Kulkos danguje“. W. Square Enterprises, 9826 Sagedale, Hiustonas, Teksasas 77089, 2001 m. Kovo mėn.