Phòng thí nghiệm chuyển động ném

Chuyển động ném hoạt động thế nào

Vật bị ném chỉ chịu trọng lực. Vận tốc ngang giữ không đổi còn vận tốc đứng đổi g mỗi giây, nên quỹ đạo là parabol. Không có không khí, tầm xa là v₀² sin 2θ / g, như nhau với θ và 90° − θ, và tầm xa lớn nhất từ mặt đất ở góc 45°.

Trong phòng thí nghiệm ảo này bạn ngắm bệ phóng trong 3D, chọn bóng golf, bóng chày, đạn đại bác hay quả cầu lông và bắn trên Trái Đất, Mặt Trăng hay Sao Hỏa, trong chân không hoặc trong không khí có lực cản bậc hai. Bạn đo tầm xa và thời gian bằng dụng cụ có độ chia nhỏ nhất, ghi vào bảng xuất được ra CSV, rồi so đường tầm xa theo góc đo được với công thức đóng và với mô hình có lực cản.

Câu hỏi thường gặp

Góc phóng nào cho tầm xa lớn nhất?

Từ mặt đất phẳng và không có không khí là 45°. Từ độ cao thì góc tốt nhất nhỏ hơn: tan θ = v₀ / √(v₀² + 2gh). Có lực cản không khí góc cũng nhỏ hơn 45°, thường 30° đến 40° với cú đánh golf, vì phát bắn dốc ở trên không lâu hơn và mất nhiều tốc độ hơn.

Vì sao 30° và 60° cho cùng tầm xa?

Không có lực cản, tầm xa là v₀² sin 2θ / g và sin 2θ như nhau với θ và 90° − θ. Phát bắn 60° bay cao hơn và ở trên không lâu hơn nhưng vận tốc ngang nhỏ hơn, hai tác dụng triệt tiêu nhau đúng.

Lực cản không khí làm quỹ đạo thay đổi thế nào?

Lực cản ngược chiều vận tốc và tăng theo bình phương nó, nên vật mất tầm xa, thời gian bay và độ cao, quỹ đạo không còn đối xứng: đoạn rơi dốc hơn đoạn lên. Vật nặng và nhỏ như đạn đại bác ít bị ảnh hưởng hơn nhiều so với quả cầu lông.

Tốc độ giới hạn là gì?

Là tốc độ mà lực cản bằng trọng lượng nên vật rơi thôi tăng tốc: v = √(2mg / (ρ Cd A)). Phòng thí nghiệm hiển thị nó cho vật đã chọn, khoảng 44 m/s với bóng golf trong không khí ở mực nước biển.

Mô phỏng này chính xác đến đâu?

Không có lực cản nó khớp công thức đóng tốt hơn một phần triệu. Có lực cản nó dùng Runge-Kutta bậc bốn, kết quả không đổi khi chia đôi bước. Vật lý được đơn giản hóa: hệ số cản không đổi, không gió và không xoáy.