Hoe u uw snelheidslimiet kunt vinden

Inhoud

Stappen
Methode 1 van 3: Snelheidslimiet berekenen
Methode 2 van 3: Zwaartekracht berekenen
Methode 3 van 3: Bepaal weerstandskrachten
Tips
Aanvullende artikelen

Heb je je ooit afgevraagd waarom parachutisten uiteindelijk hun topsnelheid halen als ze vallen, ook al zorgt de zwaartekracht in een vacuüm ervoor dat het lichaam constant versnelt? Een vallend lichaam bereikt zijn topsnelheid wanneer er een soort beperkende kracht is, zoals luchtweerstand. De zwaartekracht werkt op een lichaam met een constante waarde, maar de kracht van de luchtweerstand neemt toe met een toename van de snelheid van de val van het lichaam. Als de vrije val lang genoeg duurt, zal de snelheid van het vallen van het lichaam een zodanige waarde bereiken dat de weerstandskracht gelijk wordt aan de zwaartekracht, en deze krachten zullen elkaar compenseren; als gevolg hiervan zal het lichaam met een constante snelheid blijven vallen totdat het de grond raakt. Deze snelheid wordt topsnelheid genoemd.

Stappen

Methode 1 van 3: Snelheidslimiet berekenen

1 Formule voor het vinden van de beperkende snelheid: v = vierkantswortel van ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Vul de waarden van de variabelen in om de snelheidslimiet v te vinden.
- m = massa van het vallende lichaam.
- g = versnelling door zwaartekracht. Op aarde is het ongeveer gelijk aan 9,8 m / s2.
- ρ = dichtheid van de vloeistof waarin het lichaam valt.
- A = lichaamsprojectiegebied. Dit is het gebied van het lichaamsgebied loodrecht op de bewegingsrichting van het lichaam.
- C = weerstandscoëfficiënt. Het hangt af van de vorm van het lichaam. Hoe gestroomlijnder de vorm, hoe lager de coëfficiënt.

Methode 2 van 3: Zwaartekracht berekenen

1 Vind de massa van het vallende lichaam. In het metrische systeem wordt het gemeten in gram of kilogram.
2 Stel de versnelling als gevolg van de zwaartekracht in. Op een afstand dicht genoeg bij de grond om luchtweerstand te ondervinden, is deze waarde 9,8 m/s2.
3 Bereken de zwaartekracht. Het is gelijk aan de massa van het lichaam vermenigvuldigd met de versnelling door de zwaartekracht F = m * g.

Methode 3 van 3: Bepaal weerstandskrachten

1 Vind de dichtheid van het medium. Voor een lichaam dat door de atmosfeer van de aarde valt, zal de dichtheid veranderen afhankelijk van de hoogte en temperatuur van de lucht. Dit maakt het berekenen van de grenssnelheid van een vrij vallend lichaam bijzonder moeilijk, omdat de dichtheid van de lucht verandert naarmate het lichaam de grond nadert. U kunt echter geschatte waarden voor luchtdichtheid vinden in leerboeken of andere bronnen.
- Als richtlijn is de luchtdichtheid op zeeniveau bij 15°C 1.225 kg/m3.
2 Schat de luchtweerstandscoëfficiënt van het lichaam. Dit aantal is afhankelijk van de stroomlijning van het lichaam. Helaas is dit een zeer moeilijke hoeveelheid om te berekenen en moet je bepaalde wetenschappelijke aannames doen. Probeer de luchtweerstandscoëfficiënt niet te berekenen zonder de hulp van een windtunnel en enkele gecompliceerde aerodynamische berekeningen. Neem in plaats daarvan een kant-en-klare lichaamswaarde die qua vorm vergelijkbaar is met die van jou.
3 Bereken het geprojecteerde gebied van het object. De laatste variabele die u moet vinden, is het dwarsdoorsnede-oppervlak van het lichaam. Stel je het silhouet voor van een vallend lichaam van bovenaf. Het gebied van dit silhouet (projectiegebied), dat op het vlak wordt geprojecteerd, moet worden gevonden. Nogmaals, dit is een moeilijke waarde om te berekenen, behalve voor eenvoudig gevormde lichamen.
4 Zoek de weerstandskracht die het tegenovergestelde is van zwaartekracht. Als je de snelheid van het lichaam kent, dan wordt de weerstandskracht gevonden door de formule: (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2.

Tips

Een persoon valt zonder parachute en raakt de grond met een snelheid van ongeveer 240 km / u.
De begrenzingssnelheid verandert eigenlijk iets tijdens de vrije val. De zwaartekracht neemt toe naarmate het lichaam het middelpunt van de aarde nadert, maar dit kan worden verwaarloosd. De dichtheid van het medium neemt toe met afnemende valhoogte. Dit is een veel opvallender effect. De skydiver zal in feite vertragen als hij valt, omdat de dichtheid van de atmosfeer dramatisch toeneemt naarmate de afstand tot de aarde afneemt.