Hava direncinin serbest düşmeye etkisi, limit hız hakkında açıklama, örnek ve özellikler.
Serbest Düşmede Hava Direncinin Etkisi: Limit Hız
Serbest düşmeye bırakılan bir cisim önce hızlanmaya başlar. Hız arttıkça cisme giderek artan bir direnç kuvveti etkir. Cismi hızlandıran net kuvvet, Şekil-daki gibi, mg ile FR direnç kuvvetinin farkına eşittir. Cisim düşerken mg sabit, FR ise giderek arttığı için mg-FR farkı giderek azalır. Bu nedenle de cismin ivmesi, g den başlayarak giderek azalır. FR direnç kuvveti mg ye eşit olunca net kuvvet sıfır olacağından ivme de sıfır olur ve cisim artık hızlanmaz. Bundan sonra yere sabit hızla ulaşır. Cismin ulaşabileceği bu sabit hıza “limit hız” denmiştir.
Görülüyor ki serbest düşme hareketi ve öteki hareketler, gerçekte, bizim incelediklerimizden oldukça farklıdır. Bu nedenle gerçek serbest düşme hareketinde :
I. Farklı kütledeki cisimler farklı sürelerde yere düşerler.
II. Cisim önce hızlanır, sonra sabit hızla iner.
III. Hareket önce azalan ivmeli sonra da ivmesizdir.
ÖRNEK
Kütlesi 10 kg olan bir cisme etkiyen hava direnci cismin v hızına bağlı olarak, Fr = 0,25 v² bağıntısına göre artıyor. Bu cismin kazanacağı limit hız kaç m/s olur?
ÇÖZÜM
Cisme etkiyen hava direnci cismin ağırlığına eşit olduğu an limit hıza ulaşılır. Buna göre, Fr = mg den
0.25 v² = 100 Newton
v² = 400
v = 20 m/s