Skydiving Science: Har størrelsen på en fallskjermhumor?


Nøkkelkonsepter Aerodynamikk Dra Flygning Krefter Introduksjon Har du noen gang lurt på hvordan en fallskjerm fungerer - eller hvilke designfunksjoner er mest viktige for å bremse en persons nedstigning? Parachutes kommer i mange forskjellige former og størrelser, men de arbeider ut fra de samme generelle prinsippene. I

Nøkkelkonsepter
Aerodynamikk
Dra
Flygning
Krefter
Introduksjon
Har du noen gang lurt på hvordan en fallskjerm fungerer - eller hvilke designfunksjoner er mest viktige for å bremse en persons nedstigning? Parachutes kommer i mange forskjellige former og størrelser, men de arbeider ut fra de samme generelle prinsippene. I denne aktiviteten vil du teste forskjellig størrelse fallskjermer for å se hvordan endringer i størrelsen på fallskjermen påvirker flyet. Hva tror du vil fungere bedre: en større fallskjerm eller en mindre en?
Bakgrunn
I fallskjermsparken hopper en person ut av et fly fra en svært høy høyde, faller gjennom luften og slipper en fallskjerm for å hjelpe skydiveren sakte seg ned og lander trygt på bakken. Hvordan går fallskjermen i fri fall så bra?
Når skydiveren faller, trekker tyngdekraften personen og hans fallskjerm mot jorden. Tyngdekraften kan gjøre et objekt faller veldig fort! Fallskjermen bromser skydiveren ned fordi den forårsaker luftmotstand, eller drakraft. Luften skyver fallskjermen tilbake og skaper en kraft motsatt tyngdekraften. Som fallskjermen faller, er disse "push and pull" -styrkene nesten i balanse. *
materialer
• Kraftig søppelpose
• Saks
• Hersker
• String
• Fire pennies
• Tape
• En trygg, høy overflate, omtrent to meter fra bakken. Et godt sted kan være en sikker balkong, dekk eller lekeplass plattform.
• Stoppeklokke (nøyaktig til minst 0, 1 sekunder)
Forberedelse
• Klipp opp søppelposen for å lage et flatt ark plast.
• Klipp to firkanter ut av søppelposen. Gjør en 20 centimeter med 20 cm, og en være 50 cm ved 50 cm.
• Fest en knute i hver av de fire hjørnene på hver firkant.
• Klipp strengen i åtte stykker som er 40 cm lange hver.
• Slå den ene enden av hvert stykke snor rundt hver av knutene, og plasser strengen rett over knuten.
• For hver firkant hold du midtpunktet på torget i en hånd og trekker alle strenger med den andre hånden for å samle dem. Tie den frie enden av strengene sammen med en overhåndsknute.
• Tape to pennies på enden av strengene på hver firkant. Hva synes du at formålet med penniene er? Tips: Du kan prøve å la firkantene flyte til bakken uten penniene først og se hva som skjer.
• Parachutes er nå klar til å teste!
Fremgangsmåte
• Ta et stoppeklokke og fallskjermene til den trygge, høye overflaten du fant som ligger omtrent to meter fra bakken.
• Slip den lille fallskjermen høyt over bakken og tid hvor lang tid det tar for det å falle til bakken. Prøv denne fallskjermen to ganger, og slipp den fra samme høyde hver gang. Om hvor lang tid tok det å falle i gjennomsnitt?
• Slip den større fallskjermen fra samme høyde og tid hvor lang tid det tar før den faller til bakken. Prøv denne fallskjermen to ganger. Om hvor lenge tok det den større fallskjermen å falle?
Hvilken fallskjerm tok lengre tid å falle til bakken? Hvorfor tror du dette er?
Ekstra: Gjør litt flere fallskjermbilder av forskjellige størrelser i søppelposen. Test ut dine nye fallskjermer. Ser du en klar trend mellom størrelsen på parachutes og hvor lang tid det tar dem å falle?
Ekstra : I denne aktiviteten har du testet en variabel - fallskjermens overflate - men det finnes mange andre variabler som påvirker hvor godt en fallskjerm fungerer. Prøv denne aktiviteten igjen, men denne gangen varierer materialet som fallskjermbildet er laget av (du kan prøve nylon, bomull, vevspapir, etc.), formen på fallskjermen, lengden på strengen, vekten av strengen, last (ved å øke eller redusere antall pennies), eller høyden som fallskjermen faller. Hvordan påvirker endring av en av disse andre variablene hvor godt fallskjermen fungerer?
Observasjoner og resultater
Fikk den større fallskjermen lengre å falle til bakken enn den mindre fallskjermen gjorde?
Hvor stor en fallskjerm er (med andre ord, fallskjermens overflateareal) påvirker luftmotstanden, eller drakkraften. Jo større fallskjerm, desto større er kraften. I tilfelle av disse fallskjermene er motorkraften motsatt tyngdekraften, så trekkraften senker fallskjermene ned når de faller. Følgelig tar større fallskjerm, med større slitekraft, lengre tid å nå bakken enn den mindre fallskjermen. Selv om tyngdekraften er større på den større, litt tyngre fallskjermen enn den mindre, lettere, er den relative økningen i trekkraften på den større fallskjermen større enn økningen i tyngdekraften.

* Korreksjon (9/19/12): Den siste setningen i dette avsnittet, som feilaktig beskrev effekten av drag og tyngdekraften på skydiveren, ble fjernet etter innleggingen.
Mer å utforske
Beregning Drag fra Aerocon
Skydiving fra Fysikk klasserommet
Parachute Descent Beregninger fra Randy Culp
Parachutes: Har størrelse Matter? fra Science Buddies

Denne aktiviteten brakte til deg i samarbeid med Science Buddies