Парашютист массой 90 кг разгоняется в свободном падении до скорости 10 м/с и на высоте 50 м раскрывает парашют, площадь которого 55 м^2. коэффициент сопротивления парашюта равен 0,9/ постройте графики изменения скорости и высоты полета в течение первых 4 секунд(в excel) определите, с какой скоростью приземлится парашютист(в excel)
Немного непонятно, о каком именно коэффициенте сопротивления идёт речь (если задача действительно по информатике, а не по физике). По размерности подходит такое выражение для силы сопротивления (я буду считать, что дано именно оно, плотность воздуха ρ примем равной 1,25 кг/м3):
Уравнение движения парашютиста:
Для решения задачи создадим таблицу, в которой будут столбцы: время, координата, скорость и ускорение. Со временем проще всего, это последовательные шаги, начиная с 0 с с некоторым шагом t. Затем вычисляем по формуле ускорение, скорость (изменение скорости есть a * t), и координату (изменение координаты есть v * t). Когда парашютист достигнет земли, его координата не должна меняться, это можно сделать при функции ЕСЛИ.
Получившийся файл Excel и графики приложены к ответу.
1. Рассчитаем, сколько времени потребуется парашютисту, чтобы достичь скорости 10 м/с в свободном падении.
Используя формулу свободного падения: v = gt, где v - скорость, g - ускорение свободного падения (около 9.8 м/с^2), t - время, найдем t:
10 = 9.8 * t
t = 10 / 9.8
t ≈ 1.02 сек.
Таким образом, парашютист разгоняется в свободном падении около 1.02 сек.
2. Теперь рассчитаем ускорение, которое будет действовать на парашютиста после раскрытия парашюта.
Используем закон Ньютона для силы сопротивления воздуха: F = 0.5 * ρ * v^2 * A * Cd, где F - сила сопротивления, ρ - плотность воздуха (примем около 1.225 кг/м^3), v - скорость парашютиста, A - площадь парашюта, Cd - коэффициент сопротивления.
Учитывая, что F = m * a, где m - масса парашютиста, a - ускорение, можно выразить ускорение a:
m * a = 0.5 * ρ * v^2 * A * Cd
a = (0.5 * ρ * v^2 * A * Cd) / m
Подставим значения:
ρ = 1.225 кг/м^3
v = 10 м/с
A = 55 м^2
Cd = 0.9
m = 90 кг
a = (0.5 * 1.225 * 10^2 * 55 * 0.9) / 90
a ≈ 30.3125 м/с^2
То есть, после раскрытия парашюта ускорение равно примерно 30.3125 м/с^2.
3. Теперь мы можем построить графики изменения скорости и высоты полета парашютиста в течение первых 4 секунд с использованием Excel.
- Для графика изменения скорости можем использовать следующие шаги:
1) Создать два столбца в Excel: время (с шагом 0.1 сек) и скорость.
2) В столбце "скорость" в ячейке A2 написать формулу "=IF(A1<1.02, 9.8*(A2-A1), 9.8-30.3125*(A2-1.02))". Это формула определяет, что до 1.02 секунды скорость изменяется при ускорении свободного падения, а после раскрытия парашюта скорость изменяется при ускорении, вызванном силой сопротивления воздуха.
3) Растянуть формулу в ячейке A2 до нужной длительности (например, выделить ячейку A2 и перетащить ее курсором вниз до ячейки, соответствующей времени 4 секунды).
- Для графика изменения высоты полета также можем использовать два столбца:
1) В ячейке A2 написать формулу "=IF(A1<1.02, -0.5*9.8*A2^2, 50+10*(A2-1.02)-0.5*30.3125*(A2-1.02)^2)". Эта формула определяет изменение высоты полета до и после раскрытия парашюта. Первая часть формулы отражает изменение высоты при свободном падении, а вторая часть - изменение высоты при движении с ускорением, вызванным силой сопротивления воздуха.
2) Растянуть формулу в ячейке A2 до нужной длительности.
После построения графиков, мы можем определить, с какой скоростью приземлится парашютист, проверив значение скорости в момент времени 4 секунды.