ثقتي بالله
المشرف العام
الفرق بين السرعة النهائية والسقوط الحر
السرعة النهائية والسقوط الحر ، هما مفهومان مرتبطان يميلان إلى الخلط لأنهما يعتمدان على ما إذا كان الجسم في مكان فارغ ، أو في سائل ، على سبيل المثال ، جو أو حتى ماء ، ولمعرفة الفرق بنهما سنلقي نظرة على تعريفات ، ومعادلات المصطلحات ، وكيفية ارتباطها ، ومدى سرعة سقوط الجسم ، في السقوط الحر ، أو في السرعة النهائية في ظل ظروف مختلفة.
تعريف السرعة الطرفية
يتم تعريف السرعة النهائية ، بأنها أعلى سرعة يمكن تحقيقها بواسطة جسم يسقط عبر سائل ، مثل الهواء أو الماء ، وعندما يتم الوصول إلى السرعة النهائية ، فإن قوة الجاذبية الهابطة ، تساوي مجموع طفو الجسم ، وقوة السحب ، والجسم عند السرعة النهائية ، له تسارع صافٍ صفر.معادلة السرعة النهائية
هناك معادلتان مفيدتان بشكل خاص ، لإيجاد السرعة النهائية ، الأول يتعلق بالسرعة النهائية ، دون مراعاة الطفو، كالتالي :VT = (2mg / ρACd) 1/2
أين:
- VT هي السرعة النهائية.
- m هي كتلة الجسم الساقط.
- g تسارع بسبب الجاذبية.
- Cd هو معامل السحب.
- ρ هي كثافة السائل الذي يسقط من خلاله الجسم.
- A هي المنطقة المستعرضة التي يسقطها الكائن.
في السوائل ، على وجه الخصوص ، ومن المهم حساب طفو الكائن ، ويستخدم مبدأ أرخميدس لحساب إزاحة الحجم (V) بالكتلة ، لتصبح المعادلة بعد ذلك :
VT = [2 (m – ρV) g / ρACd] 1/2
ارتباط السرعة النهائية بالمظلات
في القفز بالمظلات ، عندما نخرج من طائرة ، تتسارع أجسامنا ، ولكن فقط حتى النقطة التي تساوي فيها مقاومة الهواء قوة الجاذبية ، لذا فباختصار، فان السرعة النهائية في القفز بالمظلات ،هي السرعة الهابطة التي يمكن أن يحققها جسم الإنسان في السقوط الحر.وهناك عدد قليل من العوامل التي تؤثر على السرعة النهائية فقط ، وأحد هذه العوامل هو الاتجاه / مساحة السطح المقدمة ، وتفترض الاعتبارات النموذجية للسرعة النهائية في القفز بالمظلات ، أن القفز بالمظلات يقع في وضع بطن إلى الأرض ، أو يمارس نوعًا من القفز بالمظلات نسميه العمل النسبي (أو RW).
ومع ذلك ، هناك العديد من التوجهات المختلفة ، التي يمكن أن يتخذها الجسم ، وتؤدي هذه المواقف إلى كميات مختلفة من مقاومة الهواء ، وفي النهاية ، بسرعات نهائية مختلفة تمامًا.
في حين أن السرعة النهائية للطائر الذي يسقط بطنًا على الأرض تبلغ حوالي 120 ميلاً في الساعة ، في اتجاه حيث يحلق قفز الطائرات باتجاه الأرض ، وتزداد السرعة النهائية إلى 150-180 ميلاً في الساعة ،ويمكن أن تصل إلى 200 ميلاً في الساعة!
وكمقارنة ممتعة: يمكن للصقر القطني أن يصل إلى 242 ميلاً في الساعة أثناء الصيد ، مما يجعله بشكل لا لبس فيه أسرع عضو في مملكة الحيوان ، لذلك لا تفكر حتى في سباق هذا الطائر.
السرعة النهائية والمظلة مفتوحة
تنظم كتلة الطائر وحجم المظلة السرعة النهائية التي يتم الوصول إليها ، أثناء وجود المظلة ، ضع في اعتبارك أن المظلات المستخدمة في القفز بالمظلات المدنية الحديثة ، ليست مثل القباب البلاستيكية الهشة التي يقودها أصدقاؤنا المظليون الصغار من الطفولة ، والتي كانت على هيئة ستائر مربعة ، فالمظلات المعاصرة يتم بناؤها باستخدام جوي RAM-air، تضغط هذه الجنيحات وتحول السرعة الهابطة إلى زخم أمامي.وفي نظام يسمى (الانقضاض)، عن طريق بدء مناورات متقدمة واستخدام المنعطفات الحادة ، وتُترجم السرعة المنخفضة لطيار المظلة ، إلى سرعات أمامية مذهلة ومسافات مغطاة.
تعريف السقوط الحر
الاستخدام اليومي لمصطلح (السقوط الحر) ، ليس هو نفسه التعريف العلمي ، ففي الاستخدام الشائع ، يعتبر القفز المظلي في حالة سقوط حر ، عند تحقيق السرعة النهائية بدون مظلة ، وفي الواقع ، يتم دعم وزن القافز بالمظلة ، بواسطة وسادة من الهواء.ويتم تعريف السقوط الحر إما وفقًا للفيزياء النيوتونية (الكلاسيكية) ، أو من حيث النسبية العامة ، ففي الميكانيكا الكلاسيكية ، يصف السقوط الحر حركة الجسم ، عندما تكون القوة الوحيدة التي تعمل عليه هي الجاذبية ، واتجاه الحركة (لأعلى ، لأسفل ، إلخ…) غير مهم.
وإذا كان مجال الجاذبية متماثلاً ، فإنه يعمل بشكل متساوٍ ، على جميع أجزاء الجسم ، مما يجعله (بلا وزن) ، أو يعاني من (0 جم) ، على الرغم من أنه قد يبدو غريبًا ، يمكن أن يكون الجسم في حالة سقوط حر ، حتى عند التحرك لأعلى أو في أعلى حركته.
فالقفز بالمظلات من خارج الغلاف الجوي ، (مثل قفزة HALO) ، يكاد يحقق سرعة نهائية حقيقية ، وسقوط حر ، وبشكل عام ، طالما أن مقاومة الهواء لا تذكر فيما يتعلق بوزن الجسم ، يمكن أن تحقق السقوط الحر ، والأمثله تشمل التالي :
1- مركبة فضائية في الفضاء ، تعمل بدون نظام دفع.
2- كائن يرمي لأعلى.
3- كائن يسقط من برج إسقاط ، أو في أنبوب إسقاط.
4- شخص يقفز.
وفي المقابل ، تشمل الأشياء التي لا تقع في السقوط الحر ، ما يلي :
1- طيران طائر.
2- طائرة تحلق (لأن الأجنحة توفر الصعود).
3- استخدام المظلة (لأنها تقاوم الجاذبية بالسحب ، وفي بعض الحالات قد توفر رفعًا).
4- قفز بالمظلات لا يستخدم المظلة (لأن قوة السحب ، تساوي وزنه عند السرعة النهائية).
وفي النسبية العامة ، يتم تعريف السقوط الحر ، على أنه حركة الجسم على طول الجيوديسية ، مع وصف الجاذبية ، بانحناء الزمكان.
معادلةالسقوط الحر
إذا كان جسم ما يسقط باتجاه سطح كوكب ، وكانت قوة الجاذبية ، أكبر بكثير من قوة مقاومة الهواء ، أو إذا كانت سرعته ، أقل بكثير من السرعة الطرفية ، فقد يتم تقريب السرعة الرأسية ، للسقوط الحر على النحو التالي :vt = gt + v0
أين:
- vt هي السرعة العمودية بالأمتار في الثانية.
- v0 هي السرعة الأولية (م / ث).
- g هو التسارع الناتج عن الجاذبية ، (حوالي 9.81 م / ث 2 بالقرب من الأرض).
- t هو الوقت المنقضي (الأوقات).
مدى سرعة السرعة الطرفية ، وإلى أي مدى تقع
نظرًا لأن السرعة الطرفية ، تعتمد على السحب ، والمقطع العرضي للكائن ، فلا توجد سرعة واحدة للسرعة النهائية ، وبشكل عام ، يصل الشخص الذي يسقط في الهواء على الأرض ، إلى السرعة النهائية بعد حوالي 12 ثانية ، والتي تغطي حوالي 450 مترًا ، أو 1500 قدم.ويصل قفز بالمظلات في وضع بطن إلى الأرض ، بسرعة نهائية تبلغ حوالي 195 كم / ساعة ، (54 م / ث أو 121 ميل في الساعة) ، وإذا سحب القافز في ذراعيه ، وساقيه ، ينخفض المقطع العرضي له ، مما يزيد من سرعة المحطة الطرفية ، إلى حوالي 320 كم / ساعة ، (90 م / ث ، أو أقل بقليل من 200 ميل في الساعة).
وهذا هو نفس السرعة النهائية ، التي يحققها صقر الشاهين للغطس في الفريسة ، أو برصاصة تسقط بعد إسقاطها ، أو إطلاقها إلى أعلى ، وقد تم تعيين سرعة الرقم القياسي العالمي ، للسائق من قبل فيليكس بومغارتنر ، الذي قفز من 39000 متر ، ووصل إلى سرعة نهائية ، قدرها 134 كم / ساعة ، (834 ميل في الساعة).
---
