Brzina tijela koje pada u plin ili tekućinu se stabilizira kada tijelo dostigne brzinu pri kojoj je sila gravitacije uravnotežena sa silom otpora medija.

Međutim, kada se veći objekti kreću u viskoznom mediju, drugi efekti i pravilnosti počinju da dominiraju. Kada kišne kapi dosegnu prečnik od samo desetinki milimetra, tzv vrtlozi kao rezultat poremećaj protoka. Možda ste ih vrlo jasno uočili: kada se u jesen automobil vozi cestom prekrivenom opalim lišćem, suho lišće se ne raspršuje samo po stranama automobila, već počinje da se vrti u svojevrsnom valceru. Krugovi koje opisuju tačno prate linije Vortex von Karman, koji je ime dobio u čast inženjera-fizičara mađarskog porijekla Theodore von Karman (Theodore von Kármán, 1881-1963), koji je, emigrirajući u Sjedinjene Države i radeći na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, postao jedan od osnivača savremene primenjene aerodinamike. Ovi turbulentni vrtlozi obično uzrokuju kočenje - oni daju glavni doprinos činjenici da automobil ili zrakoplov, nakon ubrzanja do određene brzine, naiđe na naglo povećan otpor zraka i ne može dalje ubrzati. Ako ste se ikada vozili velikom brzinom u svom putničkom automobilu sa teškim i brzim kombijem koji je nailazio i automobil je počeo da se „vozi“ s jedne strane na drugu, treba da znate da ste upali u von Karmanov vrtlog i upoznali ga iz prve ruke .

At slobodan pad velikih tijela u atmosferi, turbulencije počinju gotovo odmah, a maksimalna brzina pada dostiže se vrlo brzo. Za padobrance, na primjer, ograničenje brzine se kreće od 190 km/h pri maksimalnom otporu zraka, kada padaju raširenih ruku, do 240 km/h kada rone kao "riba" ili "vojnik".

Pad je kretanje tijela u gravitacionom polju Zemlje. Njegova specifičnost je u tome što se on uvijek odvija uz kontinuirano ubrzanje, koje je jednako g?9,81 m/s?. Ovo se također mora uzeti u obzir kada se predmet baca horizontalno.

Trebaće ti

• - daljinomjer;
• – elektronska štoperica;
• - kalkulator.

Uputstvo

1. Ako tijelo slobodno pada sa određene visine h, izmjerite ga daljinomjerom ili bilo kojim drugim uređajem. Izračunati brzina pada tijelo v, nakon što je pronašao kvadratni korijen proizvoda ubrzanja slobodnog pada do visine i broja 2, v=?(2?g?h). Ako je prije početka odbrojavanja tijelo imalo više brzina v0, zatim dodajte njegovu vrijednost v=?(2?g?h)+v0 rezultujućoj ukupnoj vrijednosti.

2. Primjer. Tijelo slobodno pada s visine od 4 m početnom brzinom nula. Šta će biti njegovo brzina po dolasku zemljine površine? Izračunati brzina pada tijela prema formuli, s obzirom da je v0=0. Zamjena v=?(2?9.81?4)?8.86 m/s.

3. mjeriti vrijeme pada body t elektronska štoperica u sekundi. Otkrijte ga brzina na kraju vremenskog perioda u kojem se kretanje nastavilo dodavanjem početnoj brzini v0 proizvod vremena ubrzanjem slobodnog pada v=v0+g?t.

4. Primjer. Kamen je počeo da pada sa svog originala brzina u 1 m/s. Otkrijte ga brzina nakon 2 s. Zamijenite vrijednosti ovih veličina u formulu v=1+9,81?2=20,62 m/s.

5. Izračunati brzina pada tijelo bačeno vodoravno. U ovom slučaju, njegovo kretanje je rezultat 2 vrste kretanja u kojima tijelo istovremeno učestvuje. Ovo ravnomerno kretanje horizontalno i ravnomjerno ubrzano okomito. Kao rezultat toga, putanja tijela ima oblik parabole. Brzina tijela u svakom trenutku bit će jednaka vektorska suma horizontalne i vertikalne komponente brzine. Budući da je ugao između vektora ovih brzina uvijek ravan, onda odrediti brzinu pada tijelo bačeno vodoravno, koristite Pitagorinu teoremu. Brzina tijela će biti jednaka kvadratnom korijenu zbira kvadrata horizontalne i vertikalne komponente u datom trenutku v=? (v planina? + v vert?). Izračunajte vertikalnu komponentu brzine prema metodi izraženoj u prethodnim paragrafima.

6. Primjer. Tijelo se baca horizontalno sa visine od 6 m brzina u 4 m/s. Definišite to brzina pri udaru o tlo. Otkrijte vertikalnu komponentu brzine kada udarite o tlo. To će biti isto kao da je tijelo slobodno palo sa date visine vvert =?(2?g?h). Zamijenite vrijednost u formuli i dobijete v \u003d? (v planine? + 2? g? h) = ? (16 + 2? 9,81? 6)? 11,56 m / s.

13 slobodno padajuće tijelo u prostoru bez zraka podliježe ubrzanju slobodnog pada g =\u003d 9,81 m / s 2, nema sile otpora Q. Stoga će se brzina pada tijela u bezzračnom prostoru tokom vremena stalno povećavati pod utjecajem ubrzanja slobodnog pada. V=gt.

Prilikom pada u zrak na tijelo, osim ubrzanja slobodnog pada, sila otpora zraka Q djelovat će u suprotnom smjeru :

Kada je gravitacija tela G=mgće biti uravnotežena silom otpora Q, neće biti daljeg povećanja brzine slobodnog pada tijela, odnosno ravnoteža je postignuta:

To znači da je tijelo dostiglo kritičnu ravnotežnu brzinu pada:

Iz formule se vidi da kritična brzina pada tijela u zraku zavisi od težine tijela, koeficijenta otpora tijela C x površine otpora tijela. Koeficijent otpora C x osobe može varirati u širokom rasponu. Njegova prosječna vrijednost C x = = 0,195; maksimalna vrijednost je oko 150%, a minimalna 50% prosjeka.

Obično umjesto srednjeg dijela (S) Konvencionalno se uzima kvadrat visine tijela -. Svako zna svoj rast. Za izračun je dovoljan iznos rasta na kvadrat, to jest:

Maksimalna vrijednost koeficijent otpora se dobija kada je telo postavljeno ravno licem nadole, minimalno - u položaju blizu vertikalnog pada naopačke.

Na sl. 54 prikazuje promjenu koeficijenta otpora tijela padobranca u zavisnosti od njegovog položaja. 0° odgovara ravnom padu tijela licem prema dolje, 90° odgovara padu glavom naprijed, 180° odgovara ravnom padu na leđa.

Takav raspon promjene koeficijenta otpora daje sljedeće moguće vrijednosti ravnotežne brzine pada padobrana u zraku normalne gustine (odnosno na našim operativnim visinama). Prilikom pada glave nadole - 58-60 m / s; pri padu - 41-43 m / s. Na primjer, s težinom padobranca

90 kg, visina 1,7 m, gustina 0,125, prosječna

koeficijent otpora C x = 0,195, stopa pada će biti jednaka:

Ako se pod ovim uslovima pad nastavi naopako, tada će ravnotežna brzina pada biti približno 59 m/s.

Prilikom izvođenja kompleksa figura u slobodnom padu, koeficijent otpora fluktuira oko svoje prosječne vrijednosti. Kada se težina padobranca promijeni za 10 kg, brzina njegovog pada mijenja se za otprilike 1 m / s, odnosno za 2%.

Iz svega navedenog postaje jasno zašto padobranci pokušavaju postići maksimalnu brzinu pada prije izvođenja figura. Treba napomenuti da kada tijelo padne u bilo koji položaj, ravnotežna brzina se postiže za 11-12 sekundi. Stoga, nema smisla da padobranac radi ubrzanja duže od 12-16 s. Pri tome se ne postiže veliki efekat, međutim, gubi se visina, čija zaliha nikada nije suvišna.

Radi jasnoće možemo navesti primjer: maksimalna brzina pada pri skakanju sa visine od 1000 m postiže se u 12. sekundi pada. Pri skoku sa visine od 2000 m - za 12,5 sekundi, a pri skoku sa visine od 4000 m - za 14 sekundi.

Utorak, što znači da danas ponovo rješavamo probleme. Ovoga puta na temu "slobodnog pada tijela".

Pitanja sa odgovorima o slobodnom padu tijela

Pitanje 1. Koji je smjer vektora gravitacijskog ubrzanja?

odgovor: može se jednostavno reći da je ubrzanje g usmjereno prema dolje. Zapravo, tačnije, ubrzanje slobodnog pada usmjereno je prema centru Zemlje.

Pitanje 2. Od čega zavisi ubrzanje slobodnog pada?

odgovor: na Zemlji, ubrzanje zbog gravitacije zavisi od geografske širine kao i od visine h podizanje tela iznad površine. Na drugim planetama ova vrijednost ovisi o masi M i radijus R nebesko telo. Opća formula za ubrzanje slobodnog pada je:

Pitanje 3. Tijelo je izbačeno okomito prema gore. Kako možete okarakterizirati ovaj pokret?

odgovor: U ovom slučaju tijelo se kreće ravnomjerno ubrzano. Štaviše, vrijeme podizanja i vrijeme pada tijela sa maksimalne visine su jednaki.

Pitanje 4. A ako tijelo nije izbačeno gore, već vodoravno ili pod uglom prema horizontu. Šta je ovo kretanje?

odgovor: možemo reći da je i ovo slobodan pad. U ovom slučaju, kretanje se mora uzeti u obzir u odnosu na dvije ose: vertikalnu i horizontalnu. Tijelo se kreće jednoliko u odnosu na horizontalnu os, a jednoliko ubrzano u odnosu na vertikalnu os s ubrzanjem g.

Balistika je nauka koja proučava karakteristike i zakone kretanja tijela bačenih pod uglom prema horizontu.

Pitanje 5.Šta znači "slobodan" pad?

odgovor: u ovom kontekstu, podrazumijeva se da tijelo prilikom pada nema otpora zraka.

Slobodni pad tijela: definicije, primjeri

Slobodan pad - ravnomerno ubrzano kretanje nastaju pod uticajem gravitacije.

Prvi pokušaji sistematskog i kvantitativnog opisa slobodnog pada tijela datiraju iz srednjeg vijeka. Istina, u to je vrijeme bilo široko rasprostranjeno mišljenje da tijela različite mase padaju različitim brzinama. U stvari, ima istine u tome, jer u stvarnom svijetu na brzinu pada uvelike utiče otpor zraka.

Međutim, ako se to može zanemariti, tada će brzina pada tijela različitih masa biti ista. Inače, brzina pri slobodnom padu raste proporcionalno vremenu pada.

Ubrzanje tijela koja slobodno padaju ne ovisi o njihovoj masi.

Rekord u slobodnom padu za osobu trenutno pripada austrijskom padobrancu Feliksu Baumgartneru, koji je 2012. godine skočio sa visine od 39 kilometara i bio u slobodnom padu od 36.402,6 metara.

Primjeri tijela koja slobodno padaju:

• jabuka leti na Njutnovoj glavi;
• padobranac iskače iz aviona;
• pero pada u zatvorenu cijev iz koje se ispumpava zrak.

Kada tijelo slobodno pada, dolazi do stanja bestežinskog stanja. Na primjer, u istom stanju su objekti na svemirskoj stanici koji se kreću u orbiti oko Zemlje. Možemo reći da se stanica polako, vrlo sporo spušta na planetu.

Naravno, slobodan pad je moguć ne samo na Zemlji, već i u blizini bilo kojeg tijela sa dovoljnom masom. Na drugim komičnim tijelima pad će također biti ravnomjerno ubrzan, ali će se veličina ubrzanja slobodnog pada razlikovati od Zemljine. Inače, ranije smo već objavili materijal o gravitaciji.

Prilikom rješavanja zadataka smatra se da je ubrzanje g jednako 9,81 m/s^2. U stvarnosti, njegova vrijednost varira od 9,832 (na polovima) do 9,78 (na ekvatoru). Ova razlika je zbog rotacije Zemlje oko svoje ose.

Trebate pomoć u rješavanju problema iz fizike? Kontakt

U klasičnoj mehanici, stanje objekta koji se slobodno kreće u gravitacionom polju naziva se slobodan pad. Ako predmet padne u atmosferu, na njega djeluje dodatna sila otpora i njegovo kretanje ovisi ne samo o gravitacijskom ubrzanju, već i o njegovoj masi, poprečnom presjeku i drugim faktorima. Međutim, na tijelo koje pada u vakuumu djeluje samo jedna sila, a to je gravitacija.

Primjeri slobodnog pada su svemirski brodovi i sateliti u Zemljinoj orbiti, jer na njih djeluje jedina sila - gravitacija. Planete koje kruže oko Sunca su takođe u slobodnom padu. Predmeti koji padaju na tlo malom brzinom također se mogu smatrati slobodnim padom, jer je u ovom slučaju otpor zraka zanemarljiv i može se zanemariti. Ako je jedina sila koja djeluje na objekte gravitacija, a nema otpora zraka, ubrzanje je isto za sve objekte i jednako je ubrzanju slobodnog pada na Zemljinu površinu od 9,8 metara u sekundi u sekundi (m/s² ) ili 32,2 stope u sekundi u sekundi (ft/s²). Na površini drugih astronomskih tijela, ubrzanje slobodnog pada bit će drugačije.

Padobranci, naravno, kažu da su prije otvaranja padobrana u slobodnom padu, ali u stvari, padobranac nikada ne može biti u slobodnom padu, čak i ako padobran još nije otvoren. Da, na padobranca u "slobodnom padu" djeluje sila gravitacije, ali na njega djeluje i suprotna sila - otpor zraka, a sila otpora zraka je tek nešto manja od sile gravitacije.

Da nema otpora zraka, brzina tijela u slobodnom padu bi se povećavala za 9,8 m/s svake sekunde.

Brzina i udaljenost tijela koje slobodno pada izračunava se na sljedeći način:

v₀ - početna brzina (m/s).

v- konačna vertikalna brzina (m/s).

h₀ - početna visina (m).

h- visina pada (m).

t- vrijeme pada (s).

g- ubrzanje slobodnog pada (9,81 m/s2 na površini Zemlje).

Ako v₀=0 i h₀=0, imamo:

ako je poznato vrijeme slobodnog pada:

ako je poznata udaljenost slobodnog pada:

ako je poznata konačna brzina slobodnog pada:

Ove formule se koriste u ovom kalkulatoru slobodnog pada.

U slobodnom padu, kada nema sile koja podržava tijelo, postoji bestežinsko stanje. Betežinsko stanje je odsustvo vanjskih sila koje djeluju na tijelo sa poda, stolice, stola i drugih okolnih predmeta. Drugim riječima, podrška snagama reakcije. Obično te sile djeluju u smjeru okomitom na površinu kontakta s osloncem, a najčešće okomito prema gore. Betežinsko stanje se može uporediti sa plivanjem u vodi, ali na način da koža ne oseća vodu. Svima je poznat taj osjećaj vlastite težine kada izađete na obalu nakon dugog kupanja u moru. Zato se bazeni vode koriste za simulaciju bestežinskog stanja tokom treninga kosmonauta i astronauta.

Samo po sebi, gravitaciono polje ne može stvarati pritisak na vaše tijelo. Dakle, ako ste u slobodnom padu veliki objekat(na primjer, u avionu) koji je također u ovom stanju, na vaše tijelo ništa ne utiče spoljne sile interakcija tijela sa osloncem i javlja se osjećaj bestežinskog stanja, gotovo isti kao u vodi.

Trenažni avion bez težine dizajniran za stvaranje kratkotrajnog bestežinskog stanja u svrhu obuke kosmonauta i astronauta, kao i za izvođenje različitih eksperimenata. Ovakvi avioni su bili i trenutno su u upotrebi u nekoliko zemalja. Za kratke vremenske periode, koji traju oko 25 sekundi tokom svakog minuta leta, letelica je u bestežinskom stanju, odnosno nema reakcije podrške za osobe u njoj.

Za simulaciju bestežinskog stanja korišćeni su različiti avioni: u SSSR-u i Rusiji od 1961. za to su korišćeni modifikovani serijski avioni Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK i Il-76MDK. U SAD-u, astronauti su trenirali od 1959. na modificiranim AJ-2, C-131, KC-135 i Boeing 727-200. U Evropi, Nacionalni centar za svemirska istraživanja (CNES, Francuska) koristi Airbus A310 za obuku u bestežinskom stanju. Modifikacija se sastoji u finalizaciji gorivnog, hidrauličkog i nekih drugih sistema kako bi se osigurao njihov normalan rad u uslovima kratkotrajne bestežinske težine, kao i jačanje krila kako bi avion mogao da izdrži povećana ubrzanja (do 2G).

Uprkos činjenici da ponekad kada se opisuju uslovi slobodnog pada tokom svemirski let u orbiti oko Zemlje govore o odsustvu gravitacije, naravno, gravitacija je prisutna u bilo kojoj svemirskoj letjelici. Ono što nedostaje je težina, odnosno sila reakcije oslonca na objekte koji se nalaze svemirski brod, koji se kreću u svemiru istim ubrzanjem slobodnog pada, koje je tek nešto manje nego na Zemlji. Na primjer, u niskoj orbiti Zemlje na visini od 350 km, u kojoj je Internacional svemirska stanica(ISS) leti oko Zemlje, gravitaciono ubrzanje je 8,8 m/s², što je samo 10% manje nego na površini Zemlje.

Za opisivanje stvarnog ubrzanja objekta (obično aviona) u odnosu na ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje, obično se koristi poseban termin - preopterećenja. Ako ležite, sjedite ili stojite na tlu, na vaše tijelo utiče preopterećenje od 1 g (odnosno, nema ga). S druge strane, ako se nalazite u avionu koji polijeće, doživite oko 1,5 g. Ako ista letjelica napravi koordinirano usko okretanje, putnici mogu doživjeti do 2 g, što znači da im se težina udvostruči.

Ljudi su navikli živjeti u odsustvu preopterećenja (1 g), pa svako preopterećenje uvelike utječe na ljudski organizam. Kao i kod laboratorijskih aviona nulte gravitacije, u kojima svi sistemi za rukovanje fluidima moraju biti modificirani da bi ispravno funkcionirali u nultim (betežinski) pa čak i negativnim G uvjetima, ljudima je također potrebna pomoć i slična „modifikacija“ da bi preživjeli u takvim uvjetima. Neuvježbana osoba može se onesvijestiti sa 3-5 g (u zavisnosti od smjera preopterećenja), jer je to dovoljno da se mozak liši kisika, jer srce ne može u njega pumpati dovoljno krvi. S tim u vezi, vojni piloti i astronauti treniraju na centrifugama u uslovi visokog preopterećenja kako bi se spriječio gubitak svijesti tokom njih. Da bi spriječili kratkotrajni gubitak vida i svijesti, koji u uslovima rada može biti fatalan, piloti, kosmonauti i astronauti oblače odijela za kompenzaciju visine koja ograničavaju odljev krvi iz mozga pri preopterećenjima tako što vrše ravnomjeran pritisak na čitavu površinu ljudskog tijela.