منو
 کاربر Online
654 کاربر online

رها کردن چند توپ با اندازهای متفاوت

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > آزمایشات فیزیک
(cached)

در این آزمایش نشان داده می‌شود که مقاومت هوا به شکل ، چگالی ، اندازه و سرعت جسم بستگی دارد.

دید کلی

برای طراحان خودروها ، هواپیماها و موشکها مقاومت هوا معضل بزرگی است. طراحی آیرودینامیکی خوردوها همه به منظور کاهش تاثیر هواست. البته مقاومت هوا همیشه مضر نیست بلکه وجود آن موکد لازم است مثلا بدون مقاومت هوا حرکت بسیاری از وسایل مثل چترهای نجات و یا وسایل نقلیه با طرح موشکی امکان پذیر نخواهد بود. پس برای کنترل مقاومت هوا زمانی که به عنوان عامل مزاحم عمل می‌کند باید پارامترهایی که مقاومت به آنها بستگی دارند را شناسایی کرد تا حدالامکان بتوان آن را به حداقل رسانید.

تئوری آزمایش

نیروی مقاومت هوای وارد بر جسم را می‌توان با CAV نشان داد که در آن A سطح مقطع جسم ، V سرعت آن و C ثابتی است که به شکل دستگیری آن بستگی دارد. طبق قانون دوم نیوتن شتاب جسم در حال سقوط F/m می‌باشد که نیروی برآیند F برابر تفاضل نیروی رو به بالای مقاومت هوا و نیروی رو به پایین وزن mg می‌باشد بطوری که
a = F/m = CAV2/m - g

ولی می‌دانیم جرم برابر است با حاصل ضرب چگالی در حجمm = ρV که در آن ρ چگالی و V حجم جسم در حال سقوط است پس a=CAV2/ρR - g اگر جسم در حال سقوط یک کره باشد V= 4/3ПR3 و A = 4ПR2 که R شعاع کره در حال سقوط است. بنابراین بر اساس این معادله ، وقتی سرعت به حد کافی بزرگ باشد، یا شعاع به قدر کافی کوچک باشد یا چگالی آن خیلی کم باشد، مقاومت هوا حائز اهمیت می‌شود و شتاب کره کمتر از g خواهد شد.

وسایل لازم

دو توپ استیروفونی با قطرهای 2.5 و 7.5 سانتیمتر که از اسباب بازی فروشیها قابل تهیه است دو توپ لاستیکی با قطرهای 2.5 و 7.5 سانتیمتر ، گلوله آهنی و توپ مچاله شده.

شرح آزمایش

بستگی مقاومت هوا به شکل ، چگالی و سرعت را می‌توان به آسانی با رها کردن دو توپ مشاهده کرد.


  1. شکل : یک توپ بدون باد مچاله شده سریعتر از یک توپ پر از باد سقوط می‌کند که نشان دهنده اهمیت شکل جسم است.

  2. چگالی : توپهای لاستیکی که دارای شعاعهای یکسان هستند باهم سقوط نمی‌کنند چون آهن دارای چگالی به مراتب بیشتری از لاستیک است و از آنجایی که مقاومت با چگالی نسبت عکس دارد، توپ آهنی با شتابی بیشتر از گلوله لاستیکی سقوط خواهد کرد.

  3. اندازه : دو توپ لاستیکی و یا دو توپ آهنی که دارای شعاعهای متفاوتی هستند، همزمان سقوط نمی‌کننند. نیروی مقاوم با عکس شعاع متناسب است پس کره‌ای که شعاع کمتری دارد مقاومت بیشتری برای تحمیل می‌شود پس دارای شتاب پایینتری خواهد بود.

  4. سرعت : توپهای استروفومی و لاستیکی وقتی از ارتفاع 90 سانتیمتری رها شوند، باهم سقوط می‌کنند، اما از ارتفاع 180 سانتیمتری اینطور نیست. توپ پینگ پنگ و یک توپ لاستیکی از ارتفاع 180 سانتیمتری باهم سقوط می‌کنند، در صورتی که از ارتفاع 360 سانتیمتر رها شوند.

نتایج آزمایش

  • این مشاهدات را می‌توان با وابستگی نیروی مقاومت هوا به V2/RD توضیح داد، زیرا توپها باید سرعت قابل ملاحظه‌ای کسب کنند تا مقاومت هوا اهمیت پیدا کند.

  • همین توضیح را می‌توان برای این امر که جسم رها شده و جسمی که بطور افقی پرتاب می‌شود، به شرطی که چگالی بالا یا سرعت کم داشته باشند، همزمان با زمین می‌رسند، ارائه داد. برای یک جفت جسم با چگالی کم یا سرعت زیاد ، جسمی که بطور افقی پرتاب می‌شود، به علت سرعت بیشترش ، با مقاومت هوای بیشتری مواجه خواهد شد، و بعد از جسم رها شده به زمین می‌رسد.

  • اثرهای مقاومت هوا به اجسام چگال در سرعتهای بالا می‌تواند اهمیت بسیاری داشته باشد. برای مثال گلوله تفنگ m1 که با سرعت 990m/s از تفنگ خارج می‌شود، دارای حداکثر بردی است که فقط 2.5% برد پیش بینی شده در غیاب مقاومت هواست.

همچنین ببینید



تعداد بازدید ها: 24207


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..