Парашютист массой 70 кг равномерно опускается вниз. чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашют?

Проект «Игрушка-парашютист»

Ищете,
чем заняться на открытом воздухе?
Сделайте эту игрушку-парашютиста! У
вас, вероятно, есть все необходимые
материалы дома, не придется даже идти
за ними в магазин. Также это очень
интересно. Игры
с парашютом для детей дают им повод
исследовать и экспериментировать. Это
является основой развития в детском
возрасте.

Что нам понадобится:

  • проволока;
  • бандана или небольшой кусок ткани;
  • пуговица с четырьмя отверстиями;
  • ершик, камушек, любая фигурка или другие мелкие предметы.

Ход эксперимента:

  1. Смастерите парашют для игры с детьми: отрежьте четыре равных куска проволоки длиной около 7-9 см. Проденьте каждую проволоку через отдельное отверстие в пуговице, затем свяжите их вместе, оставив пару см внизу.
  2. Разложите бандану или ткань, сделайте в углах ткани по одному отверстию и протяните свободные концы проволоки в каждое из них. Закрутите проволоку. Ваша конструкция готова к полету!
  3. Проанализируйте вместе: спросите вашего ребенка, что, по его мнению, произойдет, когда вы запустите эту конструкцию в полет. Пусть ваш ребенок подумает. Возьмите парашют и начните экспериментировать! Прикрепите фигуру, или любой другой предмет к оставшимся частям проволоки под пуговицей. Далее завяжите на что-нибудь более тяжелое. Сбрасывайте конструкцию с разных высот и углов. Что происходит? Это отличный способ научить детей исследовать и экспериментировать, ключевые элементы ранней науки… и много веселья!

Вывод:

После
того, как вы создадите парашют
для детей своими руками, не торопитесь
сразу выпустить его. Пусть ваш ребенок
придумает гипотезу. Что произойдет
после проведения эксперимента? Будет
ли разница, если уронить его с большой
высоты или с маленькой? Будет ли иметь
значение наличие грузика под пуговицей?
Повлияет ли что-нибудь на скорость его
падения или на траекторию, по которой
он будет падать?

Проект «Влияние размера парашюта на скорость его падения»

Парашют
позволяет человеку или объекту упасть
с самолета на землю с безопасной
скоростью. Гравитация – это сила, которая
тянет все к земле. Сопротивление
воздуха – это сила, которая
препятствует тому, чтобы что-то было
притянуто к земле, или замедляет скорость
того, что притягивается к земле. Сила
сопротивления воздуха вычисляется
по формуле:

Pv = cх · S · v2 · ρ/2,

где S – площадь объекта, м2; v – скорость движения объекта относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; cх – коэффициент сопротивления воздуха.

Формула сопротивления воздуха применима для объектов, движущихся в любой плоскости – как для парашютиста, так и для гоночного автомобиля.

Парашют – это устройство, которое создает сопротивление воздуху, также оно сопротивляется гравитации, замедляя падение человека или объекта с высоты. При этом, сила сопротивления от него меньше силы притяжения. После открытия парашюта парашютист под действием силы тяжести и силы сопротивления снижает свою скорость падения и в результате остается невредимым.

Цель
– определить, повлияет ли размер парашюта
на скорость его падения.

Что нам понадобится:

  • 4 одинаковых носовых платка;
  • линейка;
  • ножницы;
  • 5 одинаковых грузиков;
  • длинная веревка;
  • балкон, возвышение на спортивной площадке, лестница, или другая безопасная поверхность, высотой около 3 метров;
  • земля;
  • бумага;
  • карандаш.

Ход эксперимента:

  1. Из четырех носовых платков сделайте четыре парашюта разных размеров. Измерьте и отрежьте 2 см по одной стороне первого носового платка, 3 см – от второго носового платка и 4 см – от третьего носового платка, 4 платок не обрезайте.
  2. Отрежьте 16 штук 30-сантиметровых отрезков веревки.
  3. Привяжите кусок веревки к каждому углу каждого из носовых платков. Затем привяжите к каждому из них по грузику.
  4. Сравните скорость падения каждой из четырех конструкций только с грузиками. Для этого возьмите парашюты разных размеров с одинаковыми грузиками и одновременно сбросьте их с одной высоты. Запишите результаты.
  5. Повторите этот эксперимент с конструкциями разных размеров и с разными грузиками. Запишите все результаты.
  6. Проанализируйте полученные данные. Сделайте выводы.

Вывод:

Как
размер парашюта влияет на силу притяжения?
Большие парашюты падают медленнее, чем
маленькие? Решите задачу, в которой
человек спускается на
парашюте, двигаясь
равномерно, при этом, сила
его тяжести вместе со
снаряжением составляет 700
Н. Чему равна сила сопротивления?
Для расчета используйте Третий закон
Ньютона.

Проект «Приводные парашюты. Альтернативные способы использования парашютов»

Полет
на парашюте с двигателем лучше всего
можно описать как картинг в воздухе.
Звучит круто? Но такая конструкция –
это не просто захватывающий способ
увидеть мир. У них есть и другие важные
сферы применения. В проекте исследуются
возможности применения этого экологически
чистого, относительно безопасного и
чрезвычайно приятного вида транспорта.

В
этом проекте рассматривается концепция
парашютов с электроприводом как
транспорта будущего.

Цели
проекта:

Что нам понадобится:

  • компьютер с доступом в интернет;
  • цифровая камера;
  • типичные канцтовары / товары для рукоделия (например, бумага, ручки и картон);
  • маленький мотор (спросите в хозяйственном магазине или в магазине поделок);

Ход эксперимента:

  1. Если речь идет о парашюте с электроприводом, необходимо соблюдать меры безопасности.
  2. Прочитайте материалы на соответствующие темы.
  3. Изучите основную конструкцию парашюта с двигателем с помощью онлайн-поиска и (если возможно) посетите аэродромы, где взлетают парапланы.
  4. Спроектируйте и постройте свою небольшую модель. Если возможно, улучшите существующую конструкцию.
  5. Опишите свой метод в подробном отчете.
  6. Покажите свои рабочие модели на научной ярмарке.
  7. Возьмите с собой любые интересные фотографии, сделанные на протяжении всего эксперимента.

Вывод:

Что
именно представляет собой парашют с
двигателем? Каковы важные современные
способы использования такой конструкции
с электроприводом? Каковы возможные
варианты использования такого
парашюта в будущем? Почему на данный
момент он не получил широкое распространение?
Как можно улучшить это изобретение для
более широкого использования?

§ 68. Падение тел в воздухе.

Пока
скорость падающего тела еще мала, невелика и сила сопротивления воздуха; но по
мере того, как возрастает скорость падения, эта сила быстро растет. При
некоторой скорости сила  становится равной по модулю силе , и дальше тело
падает равномерно. Скорость такого падения называют предельной скоростью
падения. Предельная скорость тем больше, чем сильнее разрежен воздух.
Поэтому тело, падающее с очень большой высоты, может в разреженных слоях
атмосферы приобрести скорость, большую предельной скорости для нижних
(плотных) слоев. Войдя в нижние слои атмосферы, тело снизит свою скорость до
значения предельной скорости для нижних слоев.

Упражнение: 68.1.
Деформировано ли тело, падающее с предельной скоростью?

Предельная скорость
падения зависит, помимо плотности атмосферы, от формы и размеров тела и от
силы притяжения тела Землей. Тела малого размера, например мелкие капли воды
(туман), пылинки, снежинки, быстро достигают своей предельной скорости (порядка
миллиметра в секунду и меньше) и затем с этой малой скоростью опускаются вниз.
Свинцовый шарик массы 10 г достигает при падении с достаточной высоты
предельной скорости 40 м/с. Капли дождя падают со скоростью, обычно не
превышающей 7—8 м/с; чем меньше капля, тем меньше и скорость ее падения; если
бы капли дождя падали в безвоздушном пространстве, то при падении на землю с
высоты 2 км они достигали бы, независимо от их размеров, скорости 200 м/с;
такой же скорости при падении с той же высоты в безвоздушном пространстве
достигло бы и всякое другое тело. При такой скорости удары капель дождя были
бы весьма неприятны!

Различие
в предельной скорости разных тел одинаковой формы, но разных размеров
объясняется зависимостью сопротивления среды от размеров тела. Оказывается,
что сопротивление приблизительно пропорционально площади поперечного сечения
тела. При одной и той же форме тела из данного материала площадь его
поперечного сечения, а значит и сила сопротивления воздуха, растет с
увеличением размеров медленнее, чем сила тяжести: площадь поперечного сечения
растет как квадрат размера, а сила тяжести — как куб размера тела. Например,
чем больше авиационная бомба, тем больше ее предельная скорость и с тем большей
скоростью она достигает земли.

Рис. 93. Сопротивление воздуха при
движении тела каплевидной формы в 30 раз меньше сопротивления при движении
круглой пластинки и в 5 раз меньше сопротивления при движении шарика того же
поперечного сечения

Наконец,
сопротивление воздуха сильно зависит и от формы тел (рис. 93, см. также §
190). Фюзеляжу самолета придают специальную обтекаемую форму, при которой
сопротивление воздуха мало. Наоборот, парашютист должен достигать земли с
небольшой скоростью. Поэтому парашюту придают такую форму, при которой сопротивление
воздуха его движению было бы возможно больше. Предельная скорость падения
человека с раскрытым парашютом составляет 5—7 м/с. Достижение предельной
скорости парашютистом происходит иначе, чем при простом падении тела. Вначале
парашютист падает с закрытым парашютом и ввиду малого сопротивления воздуха
достигает скорости в десятки метров в секунду. При раскрытии парашюта сопротивление
воздуха резко возрастает и, превосходя во много раз силу тяжести, замедляет
падение до предельной скорости.

Сопротивление
воздуха изменяет и характер движения тел, брошенных вверх. При движении тела
вверх и сила земного притяжения, и сила сопротивления воздуха направлены вниз.
Поэтому скорость тела убывает быстрее, чем это происходило бы в отсутствие
воздуха. Вследствие этого тело, брошенное вверх с начальной скоростью , не достигает
высоты  (как это было бы
при отсутствии сопротивления) и уже на меньшей высоте начинает падать обратно.
При падении сопротивление воздуха уменьшает нарастание скорости. В результате
тело, брошенное вверх, всегда возвращается назад с меньшей скоростью, чем оно
было брошено. Таким образом, при падении на землю средняя скорость движения
меньше, чем при подъеме, и поэтому время падения на землю больше времени
подъема.

Влияние
сопротивления воздуха особенно велико при больших скоростях (так как сила
сопротивления быстро растет со скоростью). Так, например, при выстреле из винтовки
вертикально вверх пуля, вылетающая с начальной скоростью 600 м/с, должна была
бы в отсутствие воздуха достичь высоты, равной

В
действительности пуля достигает высоты только 2—3 км. При падении обратно
скорость пули возрастает лишь до 50—60 м/с. С этой предельной скоростью пуля и
достигает земли.

Ссылка на основную публикацию