瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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型號: 物理實驗-力學001
名稱: 力學001-羽毛球落下
規格:
﹝實驗主題﹞
羽毛球的終點速度是多少?
﹝實驗探討﹞
在Coach軟體中打開『Coach Activity』的『Falling shuttlecock』(羽毛球落下),在視窗中,您將看到一個人放置羽毛球。
• 描述羽毛球的運動:
在此實驗中,您將對此視頻進行測量,並分析運動圖,以了解羽毛球在運動過程中速度的變化。
視頻是用數位高速攝像機記錄羽球落下的運動,分辨率為384512,幀速率為300 fps。
在實驗中,使用“Angel Sports”中常見球,重3.28g,最大面直徑為6.5cm。 圖片顯示實驗設備, 穿梭機上的安裝位置,它位於放置在小推車上的儀表棒上,用於校準距離。根據場景中的已知矩形形狀對視頻進行了視角失真的修正。
﹝實驗步驟﹞
1. 在運動過程中,您將要測量羽毛球的垂直位置。視頻已經縮放; 位於小推車上的1米棒用於校準距離和每秒300幀的校準時間。此外,透視失真被校正,原始視頻顯示在視窗中
2. 對羽毛球的位置進行測量,因為這個視頻中有很多幀,你將要使用自動測量點跟踪。點擊數據視頻窗口的工具列,然後選擇點跟踪,在跟踪框上移動的是(P1)在白色羽毛球上。
3. 點擊開始按鈕,即開始測量。
4. 收集的數據顯示在垂直位置與時間的圖形上。
5. 描述垂直位置與時間的關係圖:
– 羽毛球的初始速度是多少?
– 羽毛球移動了多少?
– 你可以在運動過程中推判羽毛球的速度嗎?
6. 創建垂直速度與時間的關係圖。描述生成的圖。
– 羽毛球的速度如何隨時間變化?
– 確定羽毛球的終點速度。 記下你是怎麼做到的 。
7. 說明為什麼一段時間後,羽毛球的速度不會改變。
8. 什麼力施加在羽毛球上,使得羽毛球墜落?
﹝實驗原理﹞
1.平衡力和不平衡力(Balanced and unbalanced forces )
力很少為單一力量發生,這使得很難發現力量的存在,幾種力量在平衡狀態下作用於身體是非常常見的,因此不會觀察到力效應。例如,當一個人坐在椅子上時,他們的身體經歷向下的重力(重量),其通過支撐身體座椅的向上反作用力而相反平衡。由於這兩個力處於平衡狀態,所以在身體上沒有合力,沒有觀察到由力產生的效應。顯然,如果一個力被去除(例如椅子被踢走),剩餘的力(重量)是不平衡的,並且力變得很明顯!因此,平衡力非常常見,使得通常難以發現它們的存在。相反的,力量必須不平衡,以便觀察其效果。
當很多力同時作用於身體時,總體效果稱為“淨力”。透過將所有的力向量地(即適當地考慮到它們的方向以及大小)加在身上來發現。不平衡力意味著有限的合力,淨力不是一種力量; 它只是作用於身體的力的矢量和。在平衡狀態下,人體上的合力為零,說平衡的力量相互抵消是不正確的,例如,座椅向上的力量不會抵消我的體重,它只是平衡它,最好是說力量平衡而不是相互抵消。
2.力和運動(Force and motion)
力量與物體的運動密切相關。運動的不存在或存在,運動的大小和運動方向都取決於合力。 牛頓的前兩項運動法則總結了這一切:
第一定律描述了平衡力量的情況:
"當物體上的合力為零時,物體靜止或是以等速度移動。"
第二定律描述了不平衡力量的情況:
"不平衡力導致速度(加速度)與對像上的合力成線性變化"
第二定律關係式可以表示為
‘ a'是由作用在質量“m”的物體上的合力“F”產生的加速度。
該方程式是描述合力的影響,幾個力作用在身體上,合力被推導或計算是非常重要的。
請注意,質量出現在方程式中,使得它預測觀察到較大質量的物品,比具有相同合力但較小質量的物品,有較小的加速度。
牛頓第二定律的方程式通常寫為“F = ma”。 不幸的是,這往往會掩蓋其原因和特徵身份; 上述方程式更好地表達了加速度是因為力的作用所產生。
3.空氣拖曳和終端速度(Air Drag and Terminal speed )
自由下落的物體,由於重力而加速(向下),作用在物體上的阻力(由空氣阻力引起的)增加並且使其加速度降低。當向上拖曳力(Fd)等於向下的重力(Fg = mg)時,物體上的合力變為零,其加速度變為零。此時,物體以稱為終端速度的恆定速度繼續下降。終端速度隨重力與牽引力的比例直接變化,更多的阻力意味著較低的終端速度,而增加的重量意味著較高的終端速度。
透過空氣的運動,阻力大致與速度平方成正比:
其中k是阻力常數。
人類跳傘者的終點速度從大約150公里/小時到200公里不等。 降落傘大大增加了空氣阻力,所以打開降落傘,終點速度可以減少到15-25公里/小時,足以安全著陸。
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