Hvad er terminalhastigheden af ​​kroppen i et frit faldende system?

terminalhastighed i et frit faldende system

Terminalhastighed er den konstante hastighed, som et frit faldende objekt til sidst når, når kraften i luftmodstand er lig med tyngdekraften. Her er en sammenbrud:

Nøglekoncepter:

* frit fald: Et objekt, der udelukkende falder under påvirkning af tyngdekraften, uden andre kræfter, der handler på det.

* Luftbestandighed: Kraften, der modsætter sig et objekts bevægelse gennem luften. Det øges med objektets hastighed og dets overfladeareal.

* tyngdekraft: Den kraft, der trækker genstande mod midten af ​​jorden.

Hvordan terminalhastighed fungerer:

1. oprindeligt efterår: Når et objekt begynder at falde, er tyngdekraften den dominerende kraft, der får den til at accelerere nedad.

2. stigende luftmodstand: Når objektet falder hurtigere, øges luftmodstand.

3. balance: Til sidst bliver kraften af ​​luftmodstand lig i størrelse med tyngdekraften.

4. Konstant hastighed: På dette tidspunkt er nettokraften på objektet nul, og den stopper med at accelerere. Objektet falder fortsat med en konstant hastighed, der kaldes terminalhastighed.

Faktorer, der påvirker terminalhastigheden:

* Masse: Tyngre genstande har en større tyngdekraft, der virker på dem, men de har også brug for en højere hastighed til at generere nok luftmodstand til at afbalancere den.

* overfladeareal: Objekter med større overfladeområder oplever mere luftmodstand. En faldskærm har for eksempel et stort overfladeareal til at bremse nedstigningen.

* form: Formen på et objekt påvirker, hvor meget luftmodstand det støder på. Et strømlinet objekt, som en pil, har mindre luftmodstand end en flad genstand.

* Densitet af mediet: Jo tættere luften (eller væske) objektet falder igennem, jo ​​højere er luftmodstanden og den lavere terminalhastighed.

Vigtige overvejelser:

* Terminalhastighed er ikke en fast værdi for et givet objekt. Det afhænger af de ovennævnte faktorer.

* I et vakuum er der ingen luftmodstand, så et objekt vil fortsætte med at accelerere på ubestemt tid.

* Terminalhastighed er et vigtigt koncept i faldskærmsudspring, faldskærmsudspring og andre aktiviteter, der involverer frit fald.

Beregning af terminalhastighed:

Den nøjagtige beregning af terminalhastighed er kompleks og involverer forskellige faktorer. Imidlertid kan en forenklet formel bruges:

vt =√ (2 mg / ρacd)

Hvor:

* VT er terminal hastighed

* m er objektets masse

* g er accelerationen på grund af tyngdekraften

* ρ er væskens densitet (luft)

* A er det forventede område af objektet

* CD er trækkoefficienten

Kortfattet:

Terminalhastighed er et vigtigt koncept i forståelsen af ​​bevægelsen af ​​faldende genstande. Det er den konstante hastighed, der er nået, når tyngdekraften og luftmodstandsbalancen for at forhindre yderligere acceleration.