Скорость свободного падения км в час

Скорость свободного падения км в час

Всем, кто интересуется физикой, астрониомией и другими смежными дисциплинами

понедельник, 22 октября 2012 г.

Свободное падение тел и монетка-убийца.

Давайте попытаемся с вами ответить вот на такой, казалось бы простой вопрос: какую скорость способно набрать тело в свободном падении? Более конкретно — способно ли тело относительно небольших размеров, например, монетка, в свободном падении набрать скорость достаточную, чтобы убить человека, то есть соизмеримую со скоростью полёта пули?

Казалось бы, что это достаточно просто — ведь при свободном падении скорость тела растёт согласно уравнению:

g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с 2 , t -время падения, v — скорость, набранная телом через время t.
Тогда, скорость звука, в воздухе равную 331 м/с, монетка наберёт через 33,7 секунды. Эта хоть и в два с половиной раза меньше скорости автоматной пули, но достаточно, чтобы проломить человеку череп.

Но, такую скорость тело набирает при свободном падении с высоты примерно 5,5 километров.

Сброшенная же с крыши небоскрёба высотой 350 метров равна 82 м/с, или 298 км/ч, что тоже весьма ощутимо и может привести к сотрясению мозга при попадании в голову. Так, значит, монетка-убийца существует?

Всё бы было так, если бы мы жили в вакууме. Но среди нас существует воздух. И, хотя мы нечасто задумываемся об этом,он оказывает весьма немаленькое сопротивление телам, движущимся в нём. В том числе и телам, падающим в воздушной среде.
Известно, что при свободном падении в материальной среде, на тело действуют две силы — сила тяжести, направленная вниз, к центру Земли и сила сопротивления воздуха, направленная вверх, против направления движения. Сила тяжести постоянна (строго говоря, постоянно растёт при приближении тела к поверхности Земли, но этот рост при падении с высот порядка сотен метров ничтожен и мы можем его не учитывать), а сила сопротивления воздуха быстро растёт с увеличением скорости тела. В какой-то момент эти две силы уравновесят друг друга — они будут равны друг другу по величине, но противоположны по направлению. После этого, тело перестанет набирать скорость, согласно 2-му закону Ньютона, оно будет двигаться равномерно. Скорость, которую наберёт тело прежде чем набор скорости прекратится называется предельной скоростью падения. Эта скорость зависит от формы тела, и в случае монетки уж точно меньше скорости, достаточной, чтобы нанести человеку какие-нибудь травмы.

Кстати если бы не это свойство, дождевые капли тоже были бы убийцами, ведь в свободном падении они как раз могли бы набрать скорость звука.

Кстати, недавно был установлен рекорд по затяжным прыжкам с парашютом с сверхбольших высот. Человек в свободном падении преодолел скорость звука. "Как же так?"- спросите вы. А как же сопротивление воздуха, не дающее телам в свободном падении набирать такую скорость? Всё дело в том, сто в верхних слоях атмосферы, откуда был совершён прыжок, воздух очень разрежен и уже не оказывает такого сопротивления движущимся в нём телам. Поэтому, набрать скорость звука в такой среде вполне возможно.

#53: Лучшие материалы «Популярной механики» за 2019 год.

6:59:00 Высота 10000 метров

Ваш рейс можно назвать поздним ночным, а хотите — ранним утренним. После взлета вы было пристроились поспать, и вдруг просыпаетесь от обжигающего ледяного ветра. И этот звук — душераздирающий, оглушительный рев. «Где я? — думаете вы. — И куда делся самолет?»

Вы на десятикилометровой высоте над землей. В полном одиночестве. И падаете.

Ситуация плоха. Но сейчас лучше было бы сосредоточиться на положительных аспектах (не считая главного — что вы по крайней мере как-то ухитрились пережить свой самолет). Земное притяжение вам теперь лютый враг, но зато у вас есть другой союзник — время. Хотите верьте, хотите нет, но ваше нынешнее положение гораздо лучше, чем если бы вы свалились с балкона пятого этажа. Точнее говоря, ваше положение станет лучше. А пока проблемы с кислородом на такой высоте приведут к гипоксии и потере сознания, и пару километров вы будете падать как кирпич. Потом сознание вернется, и вот тогда постарайтесь вспомнить эту статью. Впрочем, в любом случае конечную остановку, то есть землю, вы никак не пропустите.

Чтобы снизить скорость свободного падения, попробуйте подражать парашютисту, выполняющему затяжной прыжок. Расставьте руки и ноги, запрокиньте голову, расправьте плечи. Сделайте грудь колесом, и вы сами собой повернетесь лицом к земле. Только не расслабляйтесь — это не лучшая поза для приземления.

Нет смысла спорить, что шансов на выживание при падении с десятикилометровой высоты не так уж и много, но в данный момент вам все равно нечего делать и никто не мешает обдумать собственное положение. Падать с самолета можно двумя способами. Первый из них — свободное падение без каких-либо попыток замедлить свой полет. Второй — сыграть роль «наездника на обломках». Этот термин пустил в оборот Джим Хамильтон, массачусетский историк-любитель, создавший страничку «исследователей свободного падения». Это обширная база данных, в которую включены почти все случаи падения с большой высоты. «Наездником» в его терминологии называется тот, кто сумел ухватиться за какой-нибудь обломок. Так, в 1972 году сербская стюардесса Весна Вулович обслуживала рейс самолета DC-9. Над Чехословакией самолет взорвался. Стюардесса пролетела 10 км, будучи зажата между своим сиденьем, тележкой из буфета и телом еще одного члена экипажа. Она приземлилась на покрытый снегом горный склон и до полной остановки долго по нему скользила. В результате она получила тяжелые травмы, но осталась жива.

Читайте также:  Как написать письмо однокласснику другу

Если вас окружает что-то вроде кокона из обломков, вероятность выжить при ударе о землю будет заметно выше. Таково мнение Гамильтона, основанное на убедительной статистике. С 1940-х годов зарегистрирован 31 такой случай. Тех, кто остался в живых после одиночного свободного полета, гораздо меньше — всего 13 зарегистрированных или вызывающих доверие случаев. Суперзвездой в этом клубе фантастических счастливчиков можно считать военного летчика из Нью-Джерси Алана Мэги. В 1943 году, когда он выполнял боевое задание в небе Франции, его выбросило из самолета В-17. Пролетев 6 км, он пробил крышу железнодорожного вокзала. Практически сразу же его взяли в плен немцы, которые были потрясены, увидев его живым.

Eсли собрались падать, не забудьте прихватить пару очков. Хамильтон говорит, что обычно при падении очень слезятся глаза, что мешает правильно выбрать место для приземления.

Пока что забудем о том, падаете вы свободно или же смогли уцепиться за какой-нибудь обломок фюзеляжа. Первым делом вас должна интересовать «конечная скорость» (она же «установившаяся скорость падения»). Сила земного притяжения тянет вас вниз и стремится разогнать. С другой стороны, как и всякий другой движущийся объект, вы встречаете «лобовое сопротивление», которое растет при увеличении вашей скорости. В какой-то момент эти силы уравновешиваются, и ускорение прекращается, то есть вы выходите на «установившуюся скорость».

В зависимости от вашего веса, габаритов и плотности окружающего воздуха вы должны разогнаться не более чем до 200 км/ч, причем произойдет это всего метров за пятьсот свободного полета. То есть, упав с небоскреба или же с десятикилометровой высоты, вы ударитесь о землю с одинаковой силой. Но с крыши небоскреба до тротуара вы долетите за 12 секунд, а падая с «самолетной» высоты, успеете прочитать всю эту статью.

07:00:20 Высота 6500 метров

К этому моменту вы уже спустились в те слои атмосферы, где можно более-менее свободно дышать. К вам возвращается сознание. До удара о землю остается две минуты. Ваша следующая задача — решить, хотите ли вы жить дальше. Если да, то учтите, что, как шутят парашютисты, «умирают не от падения, а от приземления».

Не теряя присутствия духа, постарайтесь прицелиться.

Куда же целиться? Мэги грохнулся на каменный вокзальный пол, но его падение затормозилось, когда он за момент до этого пробил стеклянную кровлю. Больно, зато спасительно. Сгодится и стог сена. Некоторые счастливчики остались живы, угодив в густой кустарник. Лесная чаща — тоже неплохо, хотя можно напороться на какой-нибудь сук. Снег? Просто идеально. Болото? Мягкая, покрытая растительностью трясина — самый желанный вариант. Хамильтон рассказывает о случае, когда скайдайвер с нераскрывшимся парашютом угодил прямо на высоковольтные провода. Провода спружинили и подбросили его вверх, сохранив ему жизнь. Самая опасная поверхность — вода. Как и бетон, она практически несжимаема. Результат падения на океанскую гладь будет примерно таким же, как на тротуар. Разница только в том, что асфальт- увы! — не раскроется под вами, чтобы навсегда поглотить разбитое тело.

Не упуская из виду намеченную цель, займитесь положением вашего тела. Чтобы снизить скорость падения, действуйте, как парашютист при затяжном прыжке. Раскиньте пошире ноги и руки, запрокиньте повыше голову, расправьте плечи, и вы сами собой развернетесь грудью к земле. Ваше лобовое сопротивление сразу вырастет, и появятся возможности для маневра. Главное — не расслабляйтесь. В вашем, откровенно скажем, затруднительном положении вопрос, как подготовиться к встрече с землей, остается, к сожалению, до конца не решенным. В журнале War Medicine от 1942 года была опубликована статья на эту тему. В ней говорилось: «В попытке избежать травм большую роль играет распределение нагрузок и их компенсация». Отсюда рекомендация — падать нужно плашмя. С другой стороны, доклад 1963 года, опубликованный Федеральным агентством авиации (FAA), утверждает, что оптимальной для сохранения жизни будет классическая группировка, принятая среди скайдайверов: ноги вместе, колени повыше, голени прижаты к бедрам. В том же источнике отмечено, что выживанию при катастрофе весьма способствует натренированность в таких видах спорта, как борьба или акробатика. При падении на твердые поверхности особенно полезно было бы иметь некоторые навыки в восточных единоборствах.

Читайте также:  Alexander roshal что это

Японский скайдайвер Ясухиро Кубо тренируется так: выбрасывает из самолета свой парашют, а затем выпрыгивает сам. Затягивая процесс до предела, он догоняет свое снаряжение, надевает и после этого дергает за кольцо. В 2000 году Кубо выпрыгнул на высоте 3 км и провел в свободном падении 50 секунд, пока не догнал ранец со своим парашютом. Все эти полезные навыки можно отрабатывать и в более безопасной обстановке, например в тренажерах свободного падения — вертикальных аэродинамических трубах. Впрочем, тренажеры не позволят вам отработать самый ответственный этап — встречу с землей.

Если вас ждет внизу водная поверхность, готовьтесь к быстрым и решительным действиям. По оставшимся в живых любителям прыгать с высоких мостов можно сделать вывод, что оптимальным был бы вход в воду «солдатиком», то есть ногами вперед. Тогда у вас будут хоть какие-то шансы выбраться на поверхность живым.

С другой стороны, знаменитые ныряльщики со скал, оттачивающие свое мастерство неподалеку от Акапулько, считают, что лучше входить в воду головой вперед. При этом руки со сплетенными пальцами они выставляют перед головой, защищая ее от удара. Вы можете выбрать любую из этих поз, но постарайтесь до самой последней секунды сохранять парашютирующую позицию. Затем, над самой водой, если вы предпочтете нырнуть «солдатиком», настоятельно рекомендуем вам изо всех сил напрячь ягодицы. Объяснять, почему, было бы не слишком прилично, но вы наверняка и сами догадаетесь.

Какая бы поверхность вас внизу ни ждала, ни в коем случае не приземляйтесь на голову. Исследователи из Института безопасности дорожного движения пришли к выводу, что в подобных ситуациях основной причиной смерти оказывается черепно-мозговая травма. Если вас все равно несет головой вперед, лучше уж приземляйтесь на лицо. Это безопаснее, чем удар затылком или верхней частью черепа.

07:02:19 Высота 300 метров

Если, выпав из самолета, вы занялись чтением этой статьи, то к настоящему моменту дошли как раз до этих строк. Начальный курс у вас уже есть, и теперь пора взять себя в руки и сосредоточиться на стоящей перед вами задаче. Впрочем, вот еще кое-какая дополнительная информация.

Статистика показывает, что в случае катастрофы выгоднее оказаться членом экипажа или ребенком, и если есть выбор, лучше терпеть крушение на военном самолете. За последние 40 лет зафиксировано по крайней мере 12 авиакатастроф, когда в живых оставался только один человек. В этом списке четверо были членами экипажа, а семь — пассажирами в возрасте до 18 лет. Среди спасшихся Мохаммед эль-Фатех Осман, двухлетний ребенок, который пережил крушение «боинга» в Судане в 2003 году, приземлившись среди его обломков. В прошлом июне, когда неподалеку от Коморских островов потерпел крушение лайнер Yemenia Airways, в живых осталась только 14-летняя Бахия Бакари.

Выживание членов экипажа можно связать с более надежными системами пассивной безопасности, а вот почему чаще в живых остаются дети — пока не ясно. В исследованиях FAA отмечается, что у детей, особенно в возрасте до четырех лет, более гибкие кости, мышцы более расслаблены и более высокий процент подкожного жира, эффективно защищающего внутренние органы. Люди маленького роста — если их голова не высовывается из-за спинок самолетных кресел — хорошо защищены от летящих обломков. При небольшом весе тела ниже будет и устоявшаяся скорость падения, а меньшее лобовое сечение снижает шанс напороться при приземлении на какой-нибудь острый предмет.

07:02:25 Высота 0 метров

Итак, приехали. Удар. Вы все еще живы? И каковы ваши действия? Если вы отделались мелкими травмами, можете встать и закурить, как поступил британец Николас Алкемейд, бортстрелок хвостового пулемета, который в 1944 году после падения с шестикилометровой высоты приземлился в заснеженную чащобу. Если же без шуток, то впереди вас ждет еще немало хлопот.

Вспомним случай с Юлианой Копке. В 1971 году в канун Рождества она летела на самолете Lockheed Electra. Лайнер взорвался где-то над Амазонкой. 17-летняя немка пришла в себя на следующее утро под пологом джунглей. Она была пристегнута к своему сиденью, а вокруг валялись груды рождественских подарков. Раненная, в полном одиночестве, она заставила себя не думать о погибшей матери. Вместо этого она сосредоточилась на совете отца-биолога: «Потерявшись в джунглях, ты выйдешь к людям, следуя за течением воды». Копке шла вдоль лесных ручейков, которые постепенно сливались в речки. Она обходила крокодилов и колотила по мелководью палкой, чтобы распугать скатов. Где-то, споткнувшись, потеряла туфлю, из одежды на ней осталась только рваная мини-юбка. Из еды при ней был только пакет конфет, а пить приходилось темную, грязную воду. Она не обращала внимания на сломанную ключицу и на воспалившиеся открытые раны.

Читайте также:  Как снять пин код с телефона асус

Свободное падение тела — это его равнопеременное движение, которое происходит под действием силы тяжести. В этот момент другие силы, которые могут воздействовать на тело либо отсутствуют, либо настолько малы, что их влияние не учитывается. Например, когда парашютист прыгает из самолета, первые несколько секунд после прыжка он падает в свободном состоянии. Этот короткий отрезок времени характеризуется ощущением невесомости, сходным с тедж.м, что испытывают космонавты на борту космического корабля.

История открытия явления

О свободном падении тела ученые узнали еще в Средневековье: Альберт Саксонский и Николай Орем изучали это явление, но некоторые их выводы были ошибочными. Например, они утверждали, что скорость падающего тяжелого предмета возрастает прямо пропорционально пройденному расстоянию. В 1545 году поправку этой ошибки сделал испанский ученый Д. Сото, установивший факт, что скорость падающего тела увеличивается пропорционально времени, которое проходит от начала падения этого предмета.

В 1590 г. итальянский физик Галилео Галилей сформулировал закон, который устанавливает четкую зависимость пройденного падающим предметом пути от времени. Также ученым было доказано, что при отсутствии воздушного сопротивления все предметы на Земле падают с одинаковым ускорением, хотя до его открытия было принято считать, что тяжелые предметы падают быстрее.

Была открыта новая величина — ускорение свободного падения, которое состоит из двух составляющих: гравитационного и центробежного ускорений. Обозначается ускорение свободного падения буквой g и имеет различное значение для разных точек земного шара: от 9,78 м/с 2 (показатель для экватора) до 9,83 м/с 2 (значение ускорения на полюсах). На точность показателей влияют долгота, широта, время суток и некоторые другие факторы.

Стандартное значение g принято считать равным 9,80665 м/с 2 . В физических расчетах, которые не требуют соблюдения высокой точности, значение ускорения принимают за 9,81 м/с 2 . Для облегчения расчетов допускается принимать значение g равным 10 м/с 2 .

Для того чтобы продемонстрировать, как предмет падает в соответствии с открытием Галилея, ученые устраивают такой опыт: в длинную стеклянную трубку помещают предметы с различной массой, из трубки выкачивают воздух. После этого трубку переворачивают, все предметы под действием силы тяжести падают одновременно на дно трубки, независимо от их массы.

Когда эти же предметы помещены в какую-либо среду, одновременно с силой тяжести на них действует сила сопротивления, поэтому предметы в зависимости от своей массы, формы и плотности будут падать в разное время.

Формулы для расчетов

Существуют формулы, с помощью которых можно рассчитывать различные показатели, связанные со свободным падением. В них используются такие условные обозначения:

  1. u — конечная скорость, с которой перемещается исследуемое тело, м/с;
  2. h — высота, с которой перемещается исследуемое тело, м;
  3. t — время перемещения исследуемого тела, с;
  4. g — ускорение (постоянная величина, равная 9,8 м/с 2 ).

Формула для определения расстояния, пройденного падающим предметом при известной конечной скорости и времени падения: h = ut /2.

Формула для расчета расстояния, пройденного падающим предметом по постоянной величине g и времени: h = gt 2 /2.

Формула для определения скорости падающего предмета в конце падения при известном времени падения: u = gt .

Формула для расчета скорости предмета в конце падения, если известна высота, с которой падает исследуемый предмет: u = √2 gh.

Интересные факты

Если не углубляться в научные знания, бытовое определение свободного перемещения подразумевает передвижение какого-либо тела в земной атмосфере, когда на него не воздействуют никакие посторонние факторы, кроме сопротивления окружающего воздуха и силы тяжести.

В различное время добровольцы соревнуются между собой, пытаясь установить личный рекорд. В 1962 г. испытатель-парашютист из СССР Евгений Андреев установил рекорд, который был занесен в Книгу рекордов Гиннеса: при прыжке с парашютом в свободном падении он преодолел расстояние в 24500 м, во время прыжка не был использован тормозной парашют.

В 1960 г. американец Д. Киттингер совершил парашютный прыжок с высоты 31 тыс. м, но с использованием парашютно-тормозной установки.

В 2005 г. была зафиксирована рекордная скорость при свободном падении — 553 км/ч, а через семь лет установлен новый рекорд — эта скорость была увеличена до 1342 км/ч. Этот рекорд принадлежит австрийскому парашютисту Феликсу Баумгартнеру, который известен во всем мире своими опасными трюками.

Видео

Посмотрите интересное и познавательное видео, которое расскажет вам о скорости падения тел.

Ссылка на основную публикацию
Самый лучший телефон по всем характеристикам
2018 год удивил пользователей широким выбором: здесь и Samsung Galaxy S9, и iPhone Xs, и более приемлемый Huawei Mate 20....
Регистр сведений соответствие объектов информационных баз
Логично ожидать, что при синхронизации данных, как начальной, так и основанной на регулярной основе, одинаковые данные в приложениях будут сопоставлены...
Регистрация gmail com без номера телефона
Google – передовой поисковый сервис, давно изменивший способ взаимодействия с интернетом. Именно здесь впервые ввели поиск по картинкам, предусмотрели голосовое...
Самый лучший смартфон xiaomi 2018
Собрали всё лучшее. Была идея выпустить гид по всему модельному ряду, но это обречённая затея, потому что у Xiaomi куча...
Adblock detector