FKM Kompass
L2

Takistusjõud ja lõppkiirus

Vedelikus langev objekt kogeb takistusjõudu, mis kasvab tema kiirusega, ja kiirenedes kasvab takistusjõud lõpuks võrdseks netoallapoole suunatud jõuga, mille hetkel kiirendus jõuab nullini ja objekt langeb edasi konstantse lõppkiirusega, selle asemel et lõputult kiireneda.

Practise this concept

Kui objekt langeb läbi vedeliku nagu õhk või vesi, tõmbab gravitatsioon teda allapoole, samal ajal kui ümbritsev vedelik avaldab takistusjõudu, mis on vastu tema liikumisele, suunatud ülespoole langeva objekti puhul. Oluline on see, et takistusjõud ei ole konstantne — see kasvab objekti kiirusega, seega kogeb aeglaselt liikuv objekt vähe takistust, samal ajal kui kiiresti liikuv objekt kogeb palju rohkem.

Hetkel, mil objekt vabastatakse paigalseisust, on tema kiirus null, seega on ka takistus sisuliselt null ja gravitatsioon on ainus oluline mõjuv jõud; objekt kiireneb allapoole vabalanguse kiirendusele g lähedasel kiirusel. Kiirenedes hakkab kasvav takistusjõud lahutama netoallapoole suunatud jõust, seega kiirendus ise väheneb, kuigi objekt kiireneb ikka veel. See jätkub — kiirenedes, kuid üha vähenevas tempos — kuni takistusjõud on kasvanud piisavalt suureks, et olla täpselt võrdne objekti raskusega. Sel hetkel on objekti peale mõjuv netojõud täpselt null ja Newtoni teise seaduse järgi tähendab null netojõudu nullkiirendust: objekt lõpetab kiirenemise ja jätkab langemist konstantse kiirusega, mida nimetatakse tema lõppkiiruseks.

Lõppkiirus ei ole olek, kus kõik jõud kaovad; gravitatsioon ja takistus on mõlemad ikka täielikult olemas ja mõjuvad objektile, ainult nüüd suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised, seega tühistavad nad üksteist. See, milline kiirus loetakse "lõppkiiruseks", sõltub objekti raskusest ja sellest, kuidas takistusjõud sõltub kiirusest objekti suuruse, kuju ja asjaomase vedeliku jaoks — langevarjur laiali sirutatud asendis saavutab madalama lõppkiiruse kui sama inimene peaga ees langedes, kuna suurem ristlõikepindala laiali sirutatud asendis tekitab rohkem takistust igal antud kiirusel, seega saavutatakse tasakaal gravitatsiooniga varem, madalamal kiirusel. See on ka põhjus, miks vihmapiisk saavutab tagasihoidliku, üleelatava lõppkiiruse, selle asemel et jätkata kiirenemist kogu tee maapinnani ainult gravitatsiooni mõjul.

Key ideas

Requires: Newtoni teine seadus, Viskoossus ja Poiseuille' vool

Common misconceptions

  • Vedelikus langev objekt kiireneb üha kiiremini igavesti, ilma igasuguse piirita.
  • Lõppkiirusel on kõik langeval objektil mõjuvad jõud täielikult kadunud.
  • Takistusjõud jääb täpselt konstantseks, sõltumata sellest, kui kiiresti objekt vedelikus liigub.

Resources

Kuulub nende TÜ ainete hulka

See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.