降落伞动量定理

发布 2022-09-14 13:24:28 阅读 4231

当人打开绳子的瞬间绳子的拉力会瞬间增大,而后减小。因此应考虑绳子因为冲量获得的瞬间拉力。此时应根据动量定理(mg-ksv)δt=mδv和微积分方法计算出绳子的最大拉力。

先把人单独作为研究对象:

1. 当打开伞前的一瞬间,伞和人还未分离,具有相同的速度,且人与伞包之间的连接绳之间没有拉力,即ft=0;此时人受的合力为mg-ks1v1,方向竖直向下。

2. 当伞打开后的一瞬间,伞和人分离,很快在δt的时间内,伞和人由于绳的拉力又具有相同的速度开始减速下降,人的空气阻力相当于降落伞的空气阻力可以忽略不计,ft= ks2v2;此时人受的合力为ks2v2-mg,方向竖直向上。在这很短的时间间隔内,人的动量发生很大的改变。假设,降落伞打开到和人一起稳定下降的时间间隔δt=1s.

3. 计算:t0时刻打开伞。

则 1秒钟后:

则运用动量定理:

即:且限制条件为:

但又根据。取时间和速度的微元,有:

即。由上式可知,绳的最大拉力出现在速度v变化率最大的时刻,而这一最大时刻出现在刚刚完全打开伞的一刹那。由于我们简化模型的效果,我们忽略了开始打开伞到伞完全打开的这一过称,而直接把第一阶段的末速度作为第二阶段的初速度,所以导致在刚刚完全打开伞的一刹那时的瞬时速度不可导,所以求不出最大速度v变化率,因此我们用打开伞后的一瞬间绳的拉力作为最大拉力,往后由于速度逐渐减小,而拉力也逐渐减小,这是一个比较好的近似。

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