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Im metrischen System ist die Kraft die Masse (in Gramm) mal 9,8 Meter pro Sekunde zum Quadrat. 
Bestimmung der endgeschwindigkeit eines objekts
Haben Sie sich jemals gefragt, warum Fallschirmspringer beim Fallen schließlich die maximale Geschwindigkeit erreichen, obwohl die Schwerkraft im Vakuum das Objekt kontinuierlich beschleunigen soll? Ein fallender Gegenstand erreicht eine konstante Geschwindigkeit, wenn eine Bremskraft auf ihn einwirkt, z. B. Luftwiderstand. Die Schwerkraft in der Nähe eines massiven Körpers ist normalerweise konstant, aber Kräfte wie der Luftwiderstand nehmen zu, je schneller sich das Objekt bewegt. Wenn ein Objekt lange genug fallen kann, erreicht es eine Geschwindigkeit, bei der die Widerstandskraft der Schwerkraft entspricht, wodurch sich die beiden gegenseitig aufheben und das Objekt bei derselben Geschwindigkeit halten, bis es den Boden berührt. Dies nennt man die Endgeschwindigkeit.
Schritte
Methode 1 von 3: Lösung der Endgeschwindigkeit
1. Verwenden Sie die Endgeschwindigkeitsformel, auch v = die Quadratwurzel von ((2*m*g)/(ρ*A*C)) genannt. Wenden Sie die folgenden Werte auf die Formel an, um nach v, der Endgeschwindigkeit, aufzulösen.
- m = Masse des fallenden Objekts
- g = die Erdbeschleunigung. Auf der Erde sind das etwa 9,8 Meter pro Sekunde pro Sekunde.
- ρ = Dichte der Flüssigkeit, durch die das Objekt fällt.
- A = die projizierte Fläche des Objekts. Dies ist die Oberfläche des Objekts, wenn sie auf eine flache Ebene projiziert wird, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts steht.
- C = Luftwiderstandsbeiwert. Diese Zahl hängt von der Form des Objekts ab. Je stromlinienförmiger die Form, desto niedriger der Koeffizient. Sie können verschiedene Ansätze für Luftwiderstandsbeiwerte verwenden Hier nachschlagen.
Methode 2 von 3: Bestimmen Sie die Gravitationskraft
1. Bestimmen Sie die Masse des fallenden Objekts. Dies sollte in Gramm oder Kilogramm gemessen werden, gemäß dem metrischen System.
- Denken Sie daran, dass das Kilogramm keine Gewichts-, sondern eine Masseeinheit ist. Das Gewicht eines Objekts ist gleich der Gravitationskraft, die auf die Masse des Objekts ausgeübt wird. Unter dem Einfluss der Gravitationskraft an der Erdoberfläche erfährt eine Masse von 1 kg eine Kraft von 9,8 Newton. Wenn ein Mensch auf der Erde beispielsweise 80 Kilogramm wiegt, dann beträgt seine Masse 80 Kilogramm, er erfährt jedoch eine Kraft von 784 N (das Gewicht des Objekts).
2. Lernen Sie die Beschleunigung aufgrund der Erdanziehungskraft. Nah genug an der Erde, um vom Luftwiderstand beeinflusst zu werden, beträgt diese Beschleunigung 9,8 Meter pro Sekunde zum Quadrat.
3. Berechnen Sie die nach unten gerichtete Anziehungskraft der Schwerkraft. Die Kraft, mit der das fallende Objekt nach unten gezogen wird, ist gleich der Masse des Objekts mal der Erdbeschleunigung, oder F = MA. Diese Zahl multipliziert mit 2 steht an der Spitze der Formel für die Endgeschwindigkeit.
Methode 3 von 3: Ermittlung der Widerstandskraft
1. Bestimmt die Dichte des Mediums. Bei einem Objekt, das durch die Erdatmosphäre fällt, ändert sich seine Dichte je nach Höhe und Temperatur der Luft. Dies macht die Berechnung der Endgeschwindigkeit eines fallenden Objekts besonders schwierig, da sich die Dichte der Luft ändert, wenn das Objekt an Höhe verliert. Sie können jedoch Näherungen der unterschiedlichen Luftdichten in Lehrbüchern und anderen Nachschlagewerken nachschlagen.
- Die Dichte der Luft auf Meereshöhe bei einer Temperatur von 15 °C beträgt 1.225 kg/m3.
2. Schätzen Sie den Luftwiderstandsbeiwert des Objekts. Diese Zahl basiert darauf, wie stromlinienförmig das Objekt ist. Leider ist dies eine sehr komplexe Zahl zu berechnen und erfordert bestimmte wissenschaftliche Annahmen. Die Berechnung des Luftwiderstandsbeiwertes macht ohne die Hilfe eines Windkanals und ernsthafte aerodynamische Berechnungen keinen Sinn. Suchen Sie stattdessen nach einer Näherung für ähnlich geformte Objekte.
3. Berechnen Sie die projizierte Fläche des Objekts. Die letzte Variable, die Sie benötigen, ist der Flächenanteil, der durch das Objekt im Medium repräsentiert wird. Stellen Sie sich die Silhouette des fallenden Objekts vor, wie Sie es direkt darunter stehen sehen. Diese auf eine flache Ebene projizierte Form ist die projizierte Fläche. Auch dies ist ein schwer zu berechnender Wert, wenn das Objekt komplexer ist als eine geometrische Grundform.
4. Finden Sie heraus, wie groß die Widerstandskraft gegen die nach unten gerichtete Schwerkraft ist. Wenn Sie die Geschwindigkeit des Objekts kennen, aber nicht die Widerstandskraft, können Sie diese mit der Formel berechnen. Dies ist (C*ρ*A*(v^2))/2.
Tipps
- Die Endgeschwindigkeit wird sich während des freien Falls tatsächlich geringfügig ändern. Die Schwerkraft nimmt leicht zu, wenn sich das Objekt dem Erdmittelpunkt nähert, aber dies ist vernachlässigbar. Die Dichte des Mediums erhöht sich, wenn das Objekt weiter absinkt. Dieser Effekt ist viel stärker wahrnehmbar. Ein Fallschirmspringer wird tatsächlich langsamer, wenn der Fall weitergeht, da die Atmosphäre mit abnehmender Höhe dichter wird.
- Ohne offenen Fallschirm schlägt ein Fallschirmspringer mit einer Geschwindigkeit von ca. 210 km/h auf den Boden.
"Bestimmung der endgeschwindigkeit eines objekts"
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