Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 660 работающих калькуляторов

ДИНАМИКА · ОНЛАЙН

Скорость падающего тела при линейном сопротивлении воздуха

Калькулятор решает уравнение v′ = g − k·v: тело падает под действием силы тяжести, а сопротивление среды пропорционально скорости. Задайте начальную скорость, ускорение свободного падения и коэффициент k (в поле коэффициента вводится −k), а также время — получите скорость в этот момент. Расчёт показывает, как скорость приближается к предельному значению g/k.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Скорость вниз считается положительной.
Введите отрицательное число: k = c/m, где c — коэффициент вязкого сопротивления.
На Земле около 9,81 м/с².
Время от начала отсчёта.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Линейное ОДУ с постоянными коэффициентами

y(t)12,402205

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Аналитическое решение y′=a·y+b для постоянных a и b; не решает произвольные дифференциальные уравнения.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Падение с вязким трением: как скорость приближается к предельному значению

В школьных задачах тело падает свободно, и скорость растёт линейно: v = g·t. В вязкой среде — воде, масле, густом растворе — на тело действует сила сопротивления, пропорциональная скорости, и рост скорости замедляется. Расчёт скорости падающего тела с линейным сопротивлением воздуха или другой среды сводится к простому дифференциальному уравнению.

Калькулятор решает его в явном виде. Он полезен для проверки лабораторных задач о падении шарика в жидкости, для оценки времени выхода на установившуюся скорость и для понимания того, чем модель отличается от свободного падения.

Уравнение движения и его решение

По второму закону Ньютона m·dv/dt = m·g − c·v. Разделив на массу и обозначив k = c/m, получаем v′ = g − k·v. Это линейное уравнение первого порядка с постоянными коэффициентами, его решение имеет вид v(t) = g/k + (v₀ − g/k)·e^(−k·t).

Величина g/k — предельная скорость, при которой сила сопротивления уравновешивает силу тяжести. Параметр 1/k задаёт характерное время: через интервал 1/k разность между текущей и предельной скоростью уменьшается в e ≈ 2,718 раза.

Разбор примера с k = 0,5 1/с

Для тела, падающего с покоя, при k = 0,5 1/с предельная скорость равна 9,81 / 0,5 = 19,62 м/с, а характерное время 2 с. Через 2 с скорость v = 19,62 · (1 − e⁻¹) ≈ 12,402 м/с, то есть около 63 % от предельной.

Если бросить тело вниз со скоростью 10 м/с, через 4 с получится 18,318 м/с: скорость растёт, но медленнее, чем в вакууме. А при старте с 30 м/с за 3 с она упадёт до 21,936 м/с, потому что исходная скорость выше предельной.

Как задать коэффициент k на практике

Коэффициент k равен отношению коэффициента вязкого сопротивления к массе тела. Для маленького шарика в жидкости его иногда находят из закона Стокса, но чаще определяют из опыта: измеряют установившуюся скорость v∞ и берут k = g / v∞.

В поле калькулятора вводится a = −k, поэтому знак минус обязателен. Если ввести положительное число, получится экспоненциальный рост, не имеющий отношения к падению. Время можно вводить любым, но единицы k и времени должны быть согласованы.

Когда линейное сопротивление не работает

При быстром движении в воздухе сопротивление растёт примерно как квадрат скорости, и характер выхода на предел меняется. Линейная модель пригодна для малых чисел Рейнольдса: мелкие капли, пыль, шарики в глицерине или масле.

Дополнительные силы — выталкивающая сила, присоединённая масса, зависимость плотности среды от высоты — в явном виде не входят. Их можно приближённо включить, заменив g на эффективное ускорение, но тогда результат остаётся оценкой.

Практическое применение и проверка результата

Модель удобна для задач о шариках, падающих в вязкой жидкости, и в учебных экспериментах по определению вязкости. Если записать скорости в несколько моментов времени, по ним можно подобрать k и проверить, насколько реальный опыт согласуется с экспоненциальным законом.

Для самопроверки убедитесь, что при t = 0 калькулятор возвращает начальную скорость, а при очень большом времени — значение g/k. Если результат превышает предел при старте с малой скорости, значит, перепутан знак коэффициента или единицы времени.

Помните, что результат относится к модулю скорости вниз при выбранном положительном направлении. Для тела, брошенного вверх, начальную скорость нужно вводить со знаком минус, и тогда решение корректно опишет торможение и последующее падение.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

v(t) = g/k + (v₀ − g/k)·e^(−k·t)

Проверенные примеры

Падение с покоя

v₀ = 0, k = 0,5 1/с, g = 9,81 м/с², t = 2 с.

Предельная скорость g/k = 19,62 м/с. v(2) = 19,62 · (1 − e⁻¹) ≈ 12,402 м/с.

Бросок вниз

v₀ = 10 м/с, k = 0,5 1/с, t = 4 с.

v(4) = 19,62 + (10 − 19,62)·e⁻² ≈ 18,318 м/с.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Введите начальную скорость (0 для падения с покоя).
  2. В поле a введите −k, где k = c/m — отношение коэффициента сопротивления к массе.
  3. Укажите g и время падения в секундах.
  4. Нажмите «Вычислить» и сравните результат с предельной скоростью g/k.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Почему вводится отрицательный коэффициент?

Модель решает общее уравнение y′ = a·y + b. Для падения с сопротивлением a = −k, а b = g, поэтому для затухания вводится отрицательное a.

Может ли тело разогнаться выше предельной скорости?

Только если стартует выше неё. Тогда сопротивление больше силы тяжести, и скорость экспоненциально убывает к g/k, как в примере с v₀ = 30 м/с.

Подходит ли модель для парашютиста?

Лишь грубо. При больших скоростях сопротивление воздуха ближе к квадратичному, а линейная модель описывает вязкую среду и малые скорости.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030203/

Предварительный просмотр