A gázba vagy folyadékba eső test sebessége akkor stabilizálódik, amikor a test eléri azt a sebességet, amelynél a gravitációs vonzási erőt kiegyenlíti a közeg ellenállási ereje.

Amikor azonban nagyobb tárgyak viszkózus közegben mozognak, más hatások és törvényszerűségek kezdenek dominálni. Amikor az esőcseppek csak a tizedmilliméter átmérőt érik el, ún kavarog ennek eredményeként áramlási zavar. Lehet, hogy nagyon jól megfigyelted őket: amikor egy autó ősszel egy lehullott levelekkel borított úton halad, a száraz levelek nem csak úgy szétszóródnak az autó oldalain, hanem egyfajta keringőben forogni kezdenek. Az általuk leírt körök pontosan követik a vonalakat Vortex von Karman, melyek nevüket a magyar származású mérnök-fizikus, Theodore von Karman (Theodore von Kármán, 1881-1963) tiszteletére kapták, aki az Egyesült Államokba emigrált és a California Institute of Technology-ban dolgozott, az egyik alapítója lett. a modern alkalmazott aerodinamika. Ezek a turbulens örvények általában fékezést okoznak - főként hozzájárulnak ahhoz, hogy egy autó vagy repülőgép egy bizonyos sebességre felgyorsulva hirtelen megnövekedett légellenállásba ütközik, és nem tud tovább gyorsulni. Ha valaha is nagy sebességgel közlekedett személyautójában egy nehéz és gyorsan szembejövő furgonnal, és az autó egyik oldalról a másikra kezdett „hajtani”, akkor tudnia kell, hogy beleesett a von Karman forgószélbe, és első kézből ismerte meg őt. .

Nál nél szabadesés A légkörben lévő nagy testek turbulenciái szinte azonnal megindulnak, és nagyon gyorsan elérik a maximális esési sebességet. Az ejtőernyősök esetében például a maximális légellenállás melletti 190 km/h-tól, amikor kinyújtott karral zuhannak, 240 km/h-ig terjed, amikor „halként” vagy „katonaként” merülnek.

Az esés egy test mozgása a Föld gravitációs mezejében. Specifikussága, hogy változatlanul folyamatos gyorsulással megy végbe, ami g>9,81 m/s?. Ezt akkor is figyelembe kell venni, ha a tárgyat vízszintesen dobják.

Szükséged lesz

• - távolságmérő;
• – elektronikus stopperóra;
• - számológép.

Utasítás

1. Ha a test szabadon esik egy bizonyos h magasságból, mérje meg távolságmérővel vagy bármilyen más eszközzel. Kiszámítja sebesség esik v test, miután megtalálta a szabad gyorsulás szorzatának négyzetgyökét esik magasságra és 2-es számra, v=?(2?g?h). Ha a visszaszámlálás kezdete előtt a testnek több volt sebesség v0, majd adja hozzá a v=?(2?g?h)+v0 értékét a kapott összeghez.

2. Példa. Egy test szabadon zuhan 4 m magasságból nulla kezdősebességgel. Mi lesz az övé sebesség elérésekor a Föld felszíne? Kiszámítja sebesség esik testeket a képlet szerint, figyelembe véve, hogy v0=0. Helyettesítő v=a(2-9,81-4)-8,86 m/s.

3. mérje meg az időt esik test t elektronikus stopperóra másodpercek alatt. Fedezze fel sebesség annak az időtartamnak a végén, ameddig a mozgás folytatódott, a v0 kezdeti sebességhez hozzáadva az idő szorzatát a szabad gyorsulásával esik v=v0+g?t.

4. Példa. A kő kezdett leesni az eredetiről sebesség u 1 m/s. Fedezze fel sebesség 2 s után. Helyettesítse ezeknek a mennyiségeknek az értékeit a v=1+9,81?2=20,62 m/s képletben.

5. Kiszámítja sebesség esik vízszintesen dobott test. Ebben az esetben a mozgása 2 fajta mozgás eredménye, amelyben a test egyszerre vesz részt. Ez egyenletes mozgás vízszintesen és függőlegesen egyenletesen gyorsítva. Ennek eredményeként a test pályája parabola alakú. A test sebessége bármely pillanatban egyenlő lesz vektor összege a sebesség vízszintes és függőleges összetevői. Mivel ezen sebességek vektorai közötti szög változatlanul egyenes, így a sebesség meghatározásához esik vízszintesen dobott test, használja a Pitagorasz-tételt. A test sebessége egyenlő lesz a vízszintes és függőleges komponensek négyzetösszegének négyzetgyökével egy adott időpontban v=? (v hegyek? + v vert?). Számítsa ki a sebesség függőleges komponensét az előző bekezdésekben leírt módszer szerint!

6. Példa. Egy testet vízszintesen dobnak 6 m magasságból sebesség u 4 m/s. Határozza meg sebesség amikor a földet érte. Érzékelje a függőleges sebességkomponenst a talajnak való ütközéskor. Ugyanolyan lesz, mintha a test szabadon zuhanna egy adott magasságból v vert =? (2? g? h). Helyettesítse be a képletben szereplő értéket, és kapja meg, hogy v \u003d? (v hegyek? + 2? g? h) = ? (16 + 2? 9,81? 6)? 11,56 m / s.

13 a levegőtlen térben szabadon eső testet a szabadesés gyorsulása éri g =\u003d 9,81 m / s 2, nincs Q ellenállási erő. Ezért a levegőtlen térben a zuhanó testek sebessége az idő múlásával folyamatosan növekszik a szabadesés gyorsulásának hatására V=gt.

A levegőben egy testre eséskor a szabadesés gyorsulása mellett a Q légellenállási erő ellentétes irányba hat :

Amikor a test gravitációja G=mg kiegyenlíti a Q ellenállási erőt, akkor a test szabadesési sebessége nem növekszik tovább, azaz beáll az egyensúly:

Ez azt jelenti, hogy a test elérte a kritikus egyensúlyi esési sebességet:

A képletből látható, hogy a levegőben a lehulló testek kritikus sebessége a test súlyától függ, a test ellenállási együtthatója C x a test ellenállásának területe. Egy személy C x légellenállási együtthatója széles tartományban változhat. Átlagértéke C x = = 0,195; a maximális érték körülbelül 150%, a minimum pedig az átlag 50%-a.

Általában középszakasz helyett (S) Hagyományosan a test magasságának négyzetét veszik -. Mindenki ismeri a saját növekedését. A számításhoz elegendő a növekedés négyzetének felvétele, azaz:

Maximális érték légellenállási együtthatót akkor kapunk, ha a testet lapos arccal lefelé helyezzük, a minimumot pedig a függőleges eséshez közeli helyzetben fejjel lefelé.

ábrán Az 54. ábra az ejtőernyős testének légellenállási együtthatójának változását mutatja a helyzetétől függően. A 0° a test arccal lefelé esésének, a 90° a fejjel előre, a 180° pedig a hátra zuhanásnak felel meg.

A légellenállási együttható ilyen változási tartománya a következő lehetséges értékeket adja az ejtőernyő egyensúlyi esési sebességének normál sűrűségű levegőben (vagyis működési magasságunkon). fejjel lefelé eséskor - 58-60 m / s; lapos eséskor - 41-43 m/s. Például egy ejtőernyős súlyával

90 kg, magassága 1,7 m, sűrűsége 0,125, átlagos

C x = 0,195 légellenállási együttható, az esés mértéke egyenlő lesz:

Ha ilyen körülmények között az esést fejjel lefelé folytatjuk, akkor az esés egyensúlyi sebessége körülbelül 59 m/s lesz.

Ha szabadesésben figurák komplexét hajtjuk végre, a légellenállási együttható az átlagos értéke körül ingadozik. Amikor egy ejtőernyős súlya 10 kg-mal változik, esésének sebessége körülbelül 1 m / s-kal, azaz 2% -kal változik.

A fentiekből világossá válik, hogy az ejtőernyősök miért próbálják elérni a maximális esési sebességet a figurák végrehajtása előtt. Meg kell jegyezni, hogy amikor a test bármilyen helyzetben esik, az egyensúlyi sebességet 11-12 másodperc alatt érik el. Ezért nincs értelme egy ejtőernyősnek 12-16 s-nál hosszabb gyorsulást végezni. Ugyanakkor nagy hatás nem érhető el, viszont elveszik a magasság, aminek készlete soha nem felesleges.

Az érthetőség kedvéért mondunk egy példát: 1000 m magasságból ugráskor a maximális esési sebességet az esés 12. másodpercében érjük el. 2000 m magasságból ugráskor - 12,5 másodperccel, és 4000 m magasságból - 14 másodperccel.

Kedd, ami azt jelenti, hogy ma ismét problémákat oldunk meg. Ezúttal a "testek szabadesése" témájáról.

Kérdések válaszokkal a testek szabadesésére

1. kérdés. Mi a gravitációs gyorsulás vektorának iránya?

Válasz: egyszerűen azt lehet mondani, hogy a gyorsulás g lefelé irányítva. Valójában pontosabban a szabadesés gyorsulása a Föld közepe felé irányul.

2. kérdés. Mitől függ a szabadesés gyorsulása?

Válasz: a Földön a gravitáció okozta gyorsulás a földrajzi szélességtől és a magasságtól is függ h a test felemelése a felszín fölé. Más bolygókon ez az érték a tömegtől függ M és sugár R égitest. A szabadesés gyorsulás általános képlete a következő:

3. kérdés A test függőlegesen felfelé van dobva. Hogyan lehet jellemezni ezt a mozgalmat?

Válasz: Ebben az esetben a test egyenletesen gyorsulva mozog. Ráadásul a test maximális magasságból való felemelkedésének és esésének ideje egyenlő.

4. kérdés.És ha a testet nem feldobják, hanem vízszintesen vagy a horizonthoz képest szögben. Mi ez a mozgalom?

Válasz: mondhatjuk, hogy ez is szabadesés. Ebben az esetben a mozgást két tengelyhez képest kell figyelembe venni: függőleges és vízszintes. A test egyenletesen mozog a vízszintes tengelyhez képest, és egyenletesen gyorsul a függőleges tengelyhez képest gyorsulással g.

A ballisztika olyan tudomány, amely a horizonttal szögben elhelyezett testek jellemzőit és mozgási törvényeit vizsgálja.

5. kérdés. Mit jelent a „szabadesés”?

Válasz: ebben az összefüggésben azt értjük, hogy a test zuhanáskor mentes a légellenállástól.

Testek szabadesése: meghatározások, példák

Szabadesés - egyenletesen gyorsított mozgás gravitáció hatására történik.

Az első kísérletek a testek szabadesésének szisztematikus és mennyiségi leírására a középkorból származnak. Igaz, abban az időben széles körben elterjedt tévhit volt, hogy a különböző tömegű testek különböző sebességgel esnek. Valójában van ebben némi igazság, mert a való világban az esés sebességét nagyban befolyásolja a légellenállás.

Ha azonban elhanyagolható, akkor a különböző tömegű testek zuhanási sebessége azonos lesz. A szabadesés sebessége egyébként az esés idejével arányosan nő.

A szabadon eső testek gyorsulása nem függ tömegüktől.

Az ember szabadesési rekordja jelenleg Felix Baumgartner osztrák ejtőernyősé, aki 2012-ben 39 kilométeres magasságból ugrott és 36 402,6 méteres szabadesésben volt.

Példák szabadon zuhanó testekre:

• egy alma repül Newton fején;
• ejtőernyős kiugrik a gépből;
• a toll egy lezárt csőbe esik, amelyből a levegőt kiszivattyúzzák.

Amikor egy test szabadon esik, súlytalanság lép fel. Például ugyanabban az állapotban vannak egy űrállomáson a Föld körüli pályán mozgó objektumok. Azt mondhatjuk, hogy az állomás lassan, nagyon lassan esik a bolygóra.

Természetesen a szabadesés nemcsak nem a Földön lehetséges, hanem bármely kellő tömegű test közelében is. Más komikus testeken az esés is egyenletesen gyorsul majd, de a szabadesési gyorsulás nagysága eltér a földitől. Egyébként korábban már publikáltunk egy anyagot a gravitációról.

A feladatok megoldása során a g gyorsulást 9,81 m/s^2-nek tekintjük. A valóságban értéke 9,832 (a sarkokon) és 9,78 (az egyenlítőn) között változik. Ez a különbség a Föld tengelye körüli forgásának köszönhető.

Segítségre van szüksége fizikai problémák megoldásában? Kapcsolatba lépni

A klasszikus mechanikában a gravitációs térben szabadon mozgó objektum állapotát ún szabadesés. Ha egy tárgy a légkörbe esik, további ellenállási erő hat rá, és mozgása nemcsak a gravitációs gyorsulástól függ, hanem a tömegétől, keresztmetszete és egyéb tényezőktől is. A vákuumban lehulló testre azonban csak egyetlen erő hat, mégpedig a gravitáció.

A szabadesés példái a Föld körüli pályán keringő űrhajók és műholdak, mert az egyetlen erő – a gravitáció – hat rájuk. A Nap körül keringő bolygók is szabadesésben vannak. A kis sebességgel a földre zuhanó tárgyak is szabadesésnek tekinthetők, hiszen ilyenkor a légellenállás elhanyagolható és elhanyagolható. Ha a tárgyakra ható egyetlen erő a gravitáció, és nincs légellenállás, akkor a gyorsulás minden objektumra azonos, és megegyezik a Föld felszínén a szabadesés 9,8 méter/sec/sec (m/s²) gyorsulásával. ) vagy 32,2 láb/mp/s (ft/s²). Más csillagászati ​​testek felszínén a szabadesési gyorsulás eltérő lesz.

Az ejtőernyősök természetesen azt mondják, hogy az ejtőernyő kinyitása előtt szabadesésben vannak, de valójában egy ejtőernyős soha nem lehet szabadesésben, még akkor sem, ha az ejtőernyőt még nem nyitották ki. Igen, a „szabadesésben” lévő ejtőernyősre hatással van a gravitációs erő, de az ellenkező erő – a légellenállás – is hat rá, és a légellenállás ereje csak valamivel kisebb, mint a gravitációs erő.

Ha nem lenne légellenállás, egy test sebessége szabadesésben másodpercenként 9,8 m/s-kal nőne.

A szabadon eső test sebességét és távolságát a következőképpen számítjuk ki:

v₀ - kezdeti sebesség (m/s).

v- végső függőleges sebesség (m/s).

h₀ - kezdeti magasság (m).

h- leejtési magasság (m).

t- őszi idő (s).

g- szabadesési gyorsulás (9,81 m/s2 a Föld felszínén).

Ha egy v₀=0 és h₀=0, a következőkkel rendelkezünk:

ha ismert a szabadesés ideje:

ha ismert a szabadesési távolság:

ha ismert a szabadesés végső sebessége:

Ezeket a képleteket használja ez a szabadesés-kalkulátor.

Szabadesésben, amikor nincs erő a test megtámasztására, van súlytalanság. A súlytalanság a testre ható külső erők hiánya a padlóról, a székről, az asztalról és más környező tárgyakról. Más szóval, támogassa a reakciós erőket. Ezek az erők általában a támasztékkal érintkező felületre merőleges irányban, leggyakrabban függőlegesen felfelé hatnak. A súlytalanságot a vízben való úszáshoz lehet hasonlítani, de úgy, hogy a bőr ne érezze a vizet. Mindenki ismeri a saját súlyának ezt az érzését, amikor egy hosszú tengeri úszás után kiszáll a partra. Ezért használnak vízmedencéket a súlytalanság szimulálására a kozmonauták és űrhajósok képzése során.

Önmagában a gravitációs mező nem tud nyomást gyakorolni a testére. Tehát ha szabadesésben vagy nagy tárgy(pl. repülőgépen), ami szintén ebben az állapotban van, a szervezetedre nincs hatással semmi külső erők a test kölcsönhatása a támasztékkal, és a súlytalanság érzése jelentkezik, szinte ugyanolyan, mint a vízben.

Súlytalan oktatórepülőgép rövid távú súlytalanság létrehozására tervezték űrhajósok és űrhajósok képzésére, valamint különféle kísérletek elvégzésére. Ilyen repülőgépek több országban működtek és működnek jelenleg is. Rövid ideig, a repülés minden percében körülbelül 25 másodpercig tart, a repülőgép súlytalanságban van, vagyis nincs támogató reakció a benne tartózkodó emberek számára.

Különféle repülőgépeket használtak a súlytalanság szimulálására: a Szovjetunióban és Oroszországban 1961 óta használnak módosított Tu-104AK, Tu-134LK, Tu-154MLK és Il-76MDK repülőgépeket. Az Egyesült Államokban az űrhajósok 1959 óta képeznek ki módosított AJ-2-es, C-131-es, KC-135-ös és Boeing 727-200-as repülőgépeken. Európában a Nemzeti Űrkutatási Központ (CNES, Franciaország) az Airbus A310-es repülőgépet használja súlytalansági edzésekhez. A módosítás az üzemanyag-, a hidraulikus és néhány egyéb rendszer véglegesítéséből áll, hogy biztosítsák normál működésüket rövid távú súlytalanság esetén, valamint megerősítik a szárnyakat, hogy a repülőgép ellenálljon a megnövekedett gyorsulásoknak (2G-ig).

Annak ellenére, hogy néha a szabadesés feltételeinek leírása során űrrepülés a Föld körüli pályán a gravitáció hiányáról beszélnek, természetesen a gravitáció minden űrhajóban jelen van. Ami hiányzik, az a súly, vagyis a támasz reakcióereje a benne lévő tárgyakra űrhajó, amelyek ugyanolyan szabadesési gyorsulással mozognak az űrben, ami csak valamivel kisebb, mint a Földön. Például alacsony Föld körüli pályán 350 km magasságban, amelyen a Nemzetközi űrállomás(ISS) a Föld körül repül, a gravitációs gyorsulás 8,8 m/s², ami mindössze 10%-kal kisebb, mint a Föld felszínén.

Egy tárgy (általában egy repülőgép) valós gyorsulásának leírására a szabadesés gyorsulásához képest a Föld felszínén általában egy speciális kifejezést használnak - túlterhelés. Ha fekszel, ülsz vagy állsz a földön, szervezetedet 1 g-os túlterhelés éri (azaz nincs). Másrészt, ha felszálló repülőgépben tartózkodik, körülbelül 1,5 g-ot tapasztal. Ha ugyanaz a repülőgép összehangolt, szűk kanyart hajt végre, az utasok akár 2 g-ot is tapasztalhatnak, vagyis súlyuk megduplázódott.

Az emberek megszokták, hogy túlterhelés (1 g) hiányában éljenek, ezért minden túlterhelés nagymértékben érinti az emberi szervezetet. Akárcsak a nulla gravitációs laboratóriumi repülőgépeknél, amelyekben minden folyadékkezelő rendszert módosítani kell ahhoz, hogy nulla (súlytalanság) és akár negatív G körülmények között is megfelelően működjön, az embereknek is segítségre és hasonló "módosításra" van szükségük ahhoz, hogy ilyen körülmények között fennmaradjanak. Egy edzetlen ember 3-5 g-mal is elájulhat (a túlterhelés irányától függően), ez ugyanis elég ahhoz, hogy az agyat megvonja oxigéntől, mert a szív nem tud elegendő vért pumpálni bele. Ebben a tekintetben a katonai pilóták és az űrhajósok centrifugákon edzenek nagy túlterhelési feltételek hogy elkerüljük az eszméletvesztést közben. A rövid távú látás- és eszméletvesztés elkerülése érdekében, amely munkakörülmények között akár végzetes is lehet, a pilóták, űrhajósok és űrhajósok magasságkiegyenlítő ruhát vesznek fel, amely a túlterhelés során egységes nyomást gyakorolva korlátozza a vér kiáramlását az agyból. az emberi test teljes felületén.