วิทยาศาสตร์การกระโดดร่ม: ขนาดของร่มชูชีพสำคัญหรือไม่?


แนวคิดหลัก อากาศพลศาสตร์ ลาก เที่ยวบิน กองกำลัง บทนำ คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าร่มชูชีพทำงานอย่างไรหรือคุณสมบัติการออกแบบใดที่สำคัญที่สุดในการลดความเร็วของใครบางคนลง ร่มชูชีพมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันมากมาย แต่ทำงานบนพื้นฐานของหลักการทั่วไปเดียวกัน ในกิจกรรมนี้คุณจะทดสอบร่มชูชีพขนาดแตกต่างกันเพื่อดูว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดของร่มชูชีพมีผลต่อการบินอย่างไร คุณคิดว่าอะไรจะดีกว่า: ร่มชูชีพที่ใหญ่กว่าหรือเล็กกว่า พื้นหลัง ในกีฬาแห่งการดิ่งพสุธาคนกระโดดออกจากเครื่องบินจากที่สูงมากตกลงมาในอากาศและปล่อยร่มชูชีพเพื่อช่วยนักกระโดดดิ่งลงชะลอตัวลงและลงบนพื้นอย่างปลอดภัย ร่มชูชีพแตกฟรีตกได้อย่างไร ในขณะที่นักกระโดดด

แนวคิดหลัก
อากาศพลศาสตร์
ลาก
เที่ยวบิน
กองกำลัง
บทนำ
คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าร่มชูชีพทำงานอย่างไรหรือคุณสมบัติการออกแบบใดที่สำคัญที่สุดในการลดความเร็วของใครบางคนลง ร่มชูชีพมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันมากมาย แต่ทำงานบนพื้นฐานของหลักการทั่วไปเดียวกัน ในกิจกรรมนี้คุณจะทดสอบร่มชูชีพขนาดแตกต่างกันเพื่อดูว่าการเปลี่ยนแปลงขนาดของร่มชูชีพมีผลต่อการบินอย่างไร คุณคิดว่าอะไรจะดีกว่า: ร่มชูชีพที่ใหญ่กว่าหรือเล็กกว่า
พื้นหลัง
ในกีฬาแห่งการดิ่งพสุธาคนกระโดดออกจากเครื่องบินจากที่สูงมากตกลงมาในอากาศและปล่อยร่มชูชีพเพื่อช่วยนักกระโดดดิ่งลงชะลอตัวลงและลงบนพื้นอย่างปลอดภัย ร่มชูชีพแตกฟรีตกได้อย่างไร
ในขณะที่นักกระโดดดิ่งลงกำลังแรงดึงดูดของโลกกำลังดึงบุคคลและร่มชูชีพของเขาหรือเธอไปยังโลก แรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุตกเร็วมาก! ร่มชูชีพ skydiver ช้าลงเพราะมันทำให้เกิดความต้านทานต่ออากาศหรือแรงลาก อากาศดันร่มชูชีพขึ้นด้านหลังและสร้างแรงตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ขณะที่นักกระโดดดิ่งตกแรง "ผลักและดึง" เหล่านี้เกือบจะทรงตัว *
วัสดุ
•ถุงขยะหนัก
•กรรไกร
• ไม้บรรทัด
•สตริง
•สี่เพนนี
•เทป
•พื้นผิวที่ปลอดภัยสูงจากพื้นดินประมาณสองเมตร สถานที่ที่ดีอาจเป็นระเบียงดาดฟ้าหรือสนามเด็กเล่นที่ปลอดภัย
•นาฬิกาจับเวลา (แม่นยำอย่างน้อย 0.1 วินาที)
การจัดเตรียม
•เปิดถุงขยะเพื่อตัดเป็นแผ่นพลาสติก
•ตัดสองสี่เหลี่ยมออกจากถุงขยะ ทำหนึ่งเซนติเมตร 20 ซม. 20 ซม. (ประมาณแปดนิ้วคูณแปดนิ้ว) และหนึ่งซม. 50 ซม. 50 ซม. (20 นิ้ว 20 นิ้ว)
•ขมวดปมในแต่ละมุมทั้งสี่ของแต่ละช่อง
•ตัดสายเป็นแปดชิ้นยาว 40 ซม. (ประมาณ 16 นิ้ว)
•ผูกปลายด้านหนึ่งของสตริงแต่ละชิ้นรอบนอตแต่ละตำแหน่งวางสายด้านขวาเหนือปม
•สำหรับแต่ละช่องสี่เหลี่ยมให้จับกึ่งกลางของสี่เหลี่ยมในมือข้างหนึ่งแล้วดึงเชือกทั้งหมดด้วยมืออีกข้างหนึ่งเพื่อรวบรวมพวกมัน ผูกปลายอิสระของสายพร้อมปมฟาด
•เทปสองเพนนีอย่างปลอดภัยไปยังจุดสิ้นสุดของสตริงในแต่ละตาราง คุณคิดว่าจุดประสงค์ของเพนนีคืออะไร? คำแนะนำ: คุณสามารถลองปล่อยให้สี่เหลี่ยมลอยไปที่พื้นโดยไม่ต้องเพนนีก่อนและดูว่าเกิดอะไรขึ้น
•ร่มชูชีพของคุณพร้อมทดสอบแล้ว!
ขั้นตอน
•นำนาฬิกาจับเวลาและร่มชูชีพไปยังพื้นผิวที่ปลอดภัยและสูงที่คุณพบซึ่งอยู่ห่างจากพื้นดินประมาณสองเมตร
•ปล่อยร่มชูชีพที่มีขนาดเล็กลงจากที่สูงเหนือพื้นดินและเวลาที่ใช้ในการล้มลงกับพื้น ลองร่มชูชีพนี้อีกสองครั้งปล่อยมันจากระดับความสูงเท่าเดิมในแต่ละครั้ง ใช้เวลานานแค่ไหนจึงจะตกโดยเฉลี่ย
•ปล่อยร่มชูชีพที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจากความสูงและเวลาเท่ากันใช้เวลานานเท่าใดจึงจะล้มลงกับพื้น ลองร่มชูชีพนี้อีกสองครั้ง ร่มชูชีพขนาดใหญ่ใช้เวลาตกนานแค่ไหน
ร่มชูชีพใดใช้เวลานานกว่าจะตกลงสู่พื้น ทำไมคุณคิดว่านี่คืออะไร
พิเศษ: สร้างร่มชูชีพเพิ่มเติมจากสี่เหลี่ยมขนาดแตกต่างจากถุงขยะ ทดสอบร่มชูชีพใหม่ของคุณ คุณเห็นแนวโน้มที่ชัดเจนระหว่างขนาดของร่มชูชีพกับระยะเวลาที่จะตกหรือไม่
พิเศษ : ในกิจกรรมนี้คุณทดสอบตัวแปรหนึ่งตัว - พื้นที่ผิวของร่มชูชีพ - แต่มีตัวแปรอื่นอีกมากมายที่ส่งผลต่อการทำงานของร่มชูชีพ ลองทำกิจกรรมนี้อีกครั้ง แต่คราวนี้เปลี่ยนวัสดุที่ทำจากร่มชูชีพ (คุณสามารถลองไนล่อน, ผ้าฝ้าย, กระดาษทิชชู่, ฯลฯ ), รูปร่างของร่มชูชีพ, ความยาวของสตริง, น้ำหนักของสตริง, load (โดยการเพิ่มหรือลดจำนวน pennies) หรือความสูงที่ร่มชูชีพหล่น การเปลี่ยนแปลงหนึ่งในตัวแปรอื่น ๆ เหล่านี้ส่งผลต่อการทำงานของร่มชูชีพอย่างไร
การสังเกตและผลลัพธ์
ร่มชูชีพขนาดใหญ่ใช้เวลานานกว่าจะตกลงสู่พื้นดินมากกว่าร่มชูชีพขนาดเล็กหรือไม่
ร่มชูชีพมีขนาดใหญ่เพียงใด (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือพื้นที่ผิวของร่มชูชีพ) มีผลต่อความต้านทานอากาศหรือแรงลาก ร่มชูชีพที่ใหญ่กว่ายิ่งแรงลากมากขึ้น ในกรณีของร่มชูชีพแรงลากอยู่ตรงข้ามกับแรงโน้มถ่วงดังนั้นแรงลากจะทำให้ร่มชูชีพช้าลงในขณะที่ตก ด้วยเหตุนี้การกระโดดร่มขนาดใหญ่ที่มีแรงลากมากขึ้นจะใช้เวลาในการเข้าถึงพื้นดินนานกว่าการกระโดดร่มขนาดเล็ก แม้ว่าแรงดึงดูดของโลกจะยิ่งใหญ่กว่าร่มชูชีพที่มีขนาดใหญ่ แต่หนักกว่าเบากว่าเบากว่า แต่แรงที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงในร่มที่มีขนาดใหญ่กว่านั้นก็ยิ่งใหญ่กว่าแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้น

* การแก้ไข (9/19/12): ประโยคสุดท้ายในย่อหน้านี้ซึ่งอธิบายผลของการลากและแรงโน้มถ่วงบน skydiver อย่างไม่ถูกต้องถูกลบออกหลังจากโพสต์
สำรวจเพิ่มเติม
การคำนวณ Drag จาก Aerocon
การกระโดดร่มจากห้องเรียนฟิสิกส์
การคำนวณเชื้อสายร่มชูชีพจาก Randy Culp
ร่มชูชีพ: ขนาดมีความสำคัญหรือไม่ จากเพื่อนวิทยาศาสตร์

กิจกรรมนี้มาถึงคุณโดยความร่วมมือกับ Science Buddies

แผนที่เครื่องบินอัตโนมัติแผนที่ทะเลน้ำแข็งและรอยหมีขั้วโลกpneumothorax คืออะไร?Mosaic of Lakes and Seas พบที่ Moon Titan ของดาวเสาร์ทำไมสมองทำตามกฎเมื่อน้ำท่วมหมู่เกาะแปซิฟิกมีการอพยพที่ขับเคลื่อนด้วยสภาพอากาศมนุษย์เห็ดในฟาร์มเพาะกายสำหรับต้นไม้นักวิทยาศาสตร์ถอนรากนักฆ่าการฉีดน้ำเสียที่เกิดจากแผ่นดินไหวในโอคลาโฮมา