Stegmetoder
En stålkula med radien 0,50 cm släpps från vila på 300 m höjd över jordytan. Luftmotståndskraften beräknas med formeln F = där C är en dimensionslös konstant med värdet 0,45, är luftens densitet och A föremålets tvärsnittsarea. Stålets densitet är 7,86 . Luftens densitet är 1,20 kg/. Hur stor är farten vid nerslaget.
Jag förstår inte riktigt vad uppgiften går ut på. Eftersom den hör till det korta kapitlet om stegmetoder tänker jag att jag ska sitta och räkna ut en massa v, a, F, s vid olika tidpunkter med ett visst tidsintervall, men det känns extremt drygt.
Jag började med att räkna om stålets densitet till 786 kg/m3, och kulans radie till 0,005 m.
A
Kulans massa m = volymen x densiteten
= 0 Kraftresultanten tänker jag mig är mg - F eftersom F i det här fallet beror på v och i det här fallet alltså blir 0. Därmed blir kraftresultanten i första läget 0 och
Sträckan kulan fallit, = 0.
Sedan tar det stopp. Tänker jag mig att = 1 s blir v1 = a1 = g, alltså ca 9,82 m/s
Men F1, är det mg + den krångliga formeln för luftmotståndet? Tänkte mig egentligen att luftmotståndet verkar i motsatt riktning som mg, alltså uppåt, men då blir ju F1 mindre än F0, ungefär hälften så stor, vilket också gör att accelerationen halveras, stämmer det?
Och är tanken med uppgiften att jag ska hålla på sådär tills jag får ett s som är 300 m?
Ja, den enda kraften nedåt är mg och den enda kraften uppåt är luftmotståndet. Ju högre hastighet destao högre luftmotstånd vilket kommer resultera i lägre acceleration.
Nja, du menar säkert rätt. Det du skall göra är att hålla på tills summan av alla små s är 300m.
Så, hur stora steg skall du ta? Ett sätt är att räkna utan luftmotstånd och se hur många sekunder det tar. Då får du en uppfattning av hur stora steg de skall ta (såklart beroende på hur många steg du vill ha).
Här är en rätt bra video: ett steg på vägen
Löser man det här generellt blir det en differentialekvation. Men kan det vara så att man tänker sig att kulan har uppnått sin maxhastighet (för luftmotståndet stiger med hastigheten, tills kulan inte accelererar längre)? I så fall räcker det att räkna ut när fallaccelerationen blir lika med luftmotståndet.