Grafika interaktywna
Jak definiuje się siłę wypadkową?
Obejrzyj grafikę interaktywną przedstawiającą poszczególne fazy skoku spadochronowego. Poznaj wszystkie trzy etapy, czyli fazę skoku, spadek swobodny oraz opadanie z otwartą czaszą spadochronu.
1. Faza wyskoku, to początkowa część skoku spadochronowego W tej fazie główną siłą działającą na skoczka jest siła grawitacji . Wartości wszystkich innych sił są znacznie mniejsze niż siła grawitacji, zatem wartość siły wypadkowej w przybliżeniu jest równa wartości siły grawitacji.
2. Faza swobodnego spadku W tej fazie skoku, na skoczka działają dwie główne siły: siła grawitacji , oraz siła oporu powietrza. Wartość siły grawitacji przewyższa siłę oporu powietrza, zatem prędkość skoczka rośnie. Należy pamiętać, że wartość siły oporu powietrza jest proporcjonalna do prędkości, z jaką porusza się skoczek, a zatem jej wartość rośnie. Wartość siły wypadkowej działającej na skoczka jest równa sumie wektorów sił składowych.
3. Faza opadania z otwartą czaszą spadochronu W tej fazie wartość siły oporu powietrza , jest równa sile grawitacji . Wartość siły wypadkowej, będącej sumą wektorów sił składowych jest równa zero. Zwróć uwagę, że w takiej sytuacji prędkość, z jaką porusza się skoczek jest stała, a zatem spełniona jest I zasada dynamiki Newtona.
Opis alternatywny Grafiki interaktywnej.
Rysunek górny:
Ilustracja przedstawia zdjęcie skoczka spadochronowego wyskakującego właśnie z samolotu. Skoczek ubrany jest w czerwony kombinezon, czapkę oraz gogle a na plecach ma plecak zawierający spadochron. Do środka ciężkości skoczka przyłożono wektor siły grawitacji wielka litera F z indeksem dolnym mała litera g i strzałka oznaczającą wektor, narysowany w postaci zielonej strzałki skierowanej pionowa w dół. Siła grawitacji jest główną siła działającą na skoczka w chwili wyskakiwania z samolotu. Wszystkie inne siły są znacznie mniejsze.
Rysunek środkowy:
Ilustracja przedstawia zdjęcie skoczka spadochronowego w trakcie swobodnego spadku. Skoczek ubrany jest w czerwony kombinezon, czapkę oraz gogle a na plecach ma plecak zawierający spadochron. Do środka ciężkości skoczka przyłożono wektor siły grawitacji wielka litera F z indeksem dolnym mała litera g i strzałka oznaczającą wektor, narysowany w postaci żółtej strzałki skierowanej pionowa w dół. Do środka ciężkości skoczka przyłożony jest drugi wektor opisujący siłę oporu wielka litera F z indeksem dolnym małe litery op i strzałką oznaczającą wektor. Wektor siły oporu narysowano w postaci żółtej strzałki skierowanej pionowo w górę. Wektor siły oporu jest krótszy od wektora siły grawitacji, a zatem na skoczka podczas swobodnego spadku działa niezrównoważona siła wypadkowa skierowana w dół.
Rysunek dolny:
Ilustracja przedstawia zdjęcie skoczka spadochronowego w trakcie opadania z rozwiniętym spadochronem. Skoczek ubrany jest w czerwony kombinezon, czapkę oraz gogle a na plecach ma plecak zawierający spadochron. Do środka ciężkości skoczka przyłożono wektor siły grawitacji wielka litera F z indeksem dolnym mała litera g i strzałka oznaczającą wektor, narysowany w postaci żółtej strzałki skierowanej pionowa w dół. Do środka ciężkości skoczka przyłożony jest drugi wektor opisujący siłę oporu wielka litera F z indeksem dolnym małe litery op i strzałką oznaczającą wektor. Wektor siły oporu narysowano w postaci żółtej strzałki skierowanej pionowo w górę. Wektor siły oporu jest tej samej długości co wektor siły grawitacji, a zatem na skoczka podczas opadania na spadochronie nie działa żadna niezrównoważona siła wypadkowa. Siła wypadkowa jest równa zero, a zatem skoczek opada ze stałą prędkością.
Rozważ ruch spadochroniarza spadającego pod wpływem siły ciężkości. Działają na niego dwie siły: grawitacji i oporu (pomijając znikomą siłę wyporu). Skierowana pionowo w dół siła ciężkości pozostaje stała, niezależnie od prędkości ruchu skoczka. Jednakże wraz ze wzrostem prędkości spadochroniarza rośnie siła oporu tak długo, dopóki nie zrówna się ona co do wartości z jego ciężarem. Wówczas siła wypadkowa będzie równa 0. Zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newtona zerowa siła wypadkowa oznacza, że ruch spadochroniarza będzie jednostajny (nie występuje przyspieszenie). To z kolei oznacza, że skoczek osiągnął prędkość graniczną.
Spadochroniarz pikujący głową w dół (minimalizujący powierzchnię, na którą działa siła oporu), osiąga prędkość graniczną równą ok. 350 km/h. W pozycji poziomej z rozpostartymi kończynami („na orła”) prędkość ta maleje do ok. 200 km/h. Wyjaśnij to.