Scientia

Scientia terras irradiamus

Cât de repede cade un corp spre Pământ? Imprimare Email
Fizică
Scris de Scientia.ro   
Sâmbătă, 10 Ianuarie 2009 13:21

 

Când este un corp în cădere liberă?

Căderea liberă se produce atunci când un obiect este atras de forţa gravitaţională a unui corp ceresc masiv (Pământul, Luna, Soarele, alte planete, etc.), având o mişcare de sus în jos din perspectiva celor aflaţi la suprafaţa corpului care exercită atracţia gravitaţională. Obiectele care cad spre suprafaţa Pământului nu sunt, totuşi, în cădere liberă, fapt datorat forţelor de frecare cu aerul, care încetinesc corpul în mişcarea sa spre suprafaţa terestră. Căderea liberă ideală ar putea avea loc doar în vid, acolo unde atracţia gravitaţională ar fi singura forţă care ar acţiona asupra obiectului care cade liber.

Cât de repede cade un corp spre suprafaţa Pământului?

Dacă nu luăm în considerare rezistenţa aerului, deci dacă discutăm despre căderea liberă la modul ideal, un obiect aflat în cădere liberă accelerează la o rata egală cu acceleraţia gravitaţională, adică aproximativ 9,8 m/s2. Asta înseamnă că viteza unui corp aflat în cădere liberă creşte cu 9,8 m/s în fiecare secundă. Iată mai jos un tabel sugestiv care ilustrează felul în care evoluează viteza şi distanţa parcursă de un obiect aflat în cădere liberă în primele 10 secunde de la începutul mişcării descendente:

 

 

 

Timp (secunde)

Viteza (metri pe secundă)

v=gt

 

Distanţa (metri)

d=gt2/2

1

9.8

4.9

2

19.6

19.6

3

29.4

 

44.1

4

39.2

78.4

5

49.0

122.5

6

58.8

176.4

7

68.6

240.1

8

78.4

313.6

9

88.2

396.9

10

98.0

490.0

 

Ce se întâmplă în realitate? Ce este viteza terminală?

Viteza terminală reprezintă viteza maximă pe care un corp aflat în cădere liberă spre suprafaţa Pământului o poate atinge în condiţii reale. Paraşutiştii de meserie sau cei care practică sky-ping-ul ca sport extrem ştiu cel mai bine despre ce este vorba. Aceştia vorbesc despre viteză terminală ca fiind viteza de vârf pe care o persoană o poate atinge pe parcursul coborârii spre suprafaţa Pământului. Dacă abordăm problema teoretic şi la modul ideal, în care ignorăm frecarea cu atmosfera, accelerarea constantă de 9,8m/s2 ne-ar indica faptul că viteza de coborâre creşte la o rată constantă până în momentul contactului cu solul. În realitate, apare o forţă de rezistenţă destul de puternică din partea aerului, forţă care trebuie luată în calcul. Şi foarte interesant este faptul că această forţă nu este constantă, ci depinde de o mulţime de factori, printre care forma şi mai ales viteza paraşutistului (sau a oricărui obiect aflat pe o traiectorie descendentă spre suprafaţa planetei). Cu cât viteza de coborâre creşte, cu atât aerul dezvoltă o forţă de rezistenţă mai mare, forţă contrară gravitaţiei. Viteza terminală este atinsă atunci când rezistenţa aerului egalează forţa gravitaţională. La acel moment mişcarea uniform accelerată a paraşutistului se transformă într-o mişcare rectilinie uniformă, deci avem de-a face cu o cădere spre suprafaţa Pământului la o viteză constantă. Bineînţeles că pentru a putea atinge viteza terminală este nevoie să se execute salturi de la înălţimi apreciabile, care permit atingerea vitezelor respective.

Cât de repede poate cădea un om?

În medie, viteza terminală în cazul paraşutiştilor se situează în intervalul 150-200 km/h, şi depinde de greutatea persoanei, de forma corpului ei, dar şi de aerodinamică, deci de tehnica de coborâre aleasă până la momentul deschiderii paraşutei.

Cum funcţionează o paraşută?

Rolul paraşutei este de a creşte rezistenţa cu care aerul acţionează asupra unui paraşutist aflat în cădere. Astfel, viteza de cădere este încetinită. La momentul deschiderii paraşutei forţa de rezistentă a aerului depăşeşte forţa gravitaţională, astfel că viteza paraşutistului scade simţitor. În câteva momente este atinsă viteza terminală a ansamblului format de sportiv şi paraşuta deschisă, ceea ce permite o aterizare cu viteze în jurul a 15-25 km/h la momentul contactului cu solul, însoţite de dezvoltarea unor forţe suportabile de anatomia umană. Tehnica de amortizare la momentul impactului este şi ea foarte importantă pentru integritatea corporală a paraşutistului.

 

 


Citeşte şi:


Scientia