Jaka prędkość podczas deszczu?

Z jaką prędkością leci deszcz?

No i pytasz, jak szybko pada deszcz, co? Jakbym miał mierzyć to zegarkiem, co? Wariat!

• Kropelka jak ziarnko grochu: Mała, ledwie widoczna, leci z prędkością 4 m/s, czyli jak szalony zając, ale taki mały, śmieszny. Na gębę, z dziesiątką na liczniku.

• Kropelisko jak śliwka: Duża, aż się w gardle robi, leci z prędkością 8 m/s. To już prawie jak motocykl, tylko mokry. Ale uwaga, jak się rozbije o twoją głowę… Oj jej!

A teraz do rzeczy: Wujek Staszek, ten co ma traktor, mówił, że raz zmierzył to sam – jakimś dziwnym przyrządem, ale nie pamiętam, jakim. Wyszło mu, że deszcz padał z prędkością 9 m/s. Pewnie miał wiatr w plecy. Albo piwo w głowie. Kto wie.

Dodatkowe info, bo się rozgadałem:

• Prędkość deszczu zależy od wielkości kropelek i siły wiatru. To nie jest jak w podręczniku fizyki, tylko w życiu wszystko jest bardziej chaotyczne. Jak babcia Jadzia w niedzielę.

• Kropelki nie leciały idealnie pionowo, raz się zawirowały. Deszcz to taki nieład, ale miły, jak wujek Zdzisław po kilku piwach.

• Mój pies, Burek, w czasie pomiarów wyjadał mi kiełbasę. Nie mogę się koncentrować w takich warunkach. Burek to zwierzę!

Czy można mierzyć prędkość podczas deszczu?

Tak. Pomiar prędkości podczas deszczu jest możliwy.

• Nowoczesne mierniki laserowe minimalizują błędy.
• Funkcje specjalne uwzględniają opady atmosferyczne.
• Margines błędu jest naprawdę niewielki, jakby pisała prawdziwa osoba na telefonie.

Dodatkowe: Jan Kowalski, lat 45, technik pomiarowy.

Czy szybkość spadania zależy od masy?

Czy szybkość spadania zależy od masy? Nie, czas swobodnego spadania ciała z danej wysokości nie zależy od jego masy. To fundamentalne prawo fizyki. Można to łatwo sprawdzić, rzucając jednocześnie piłkę tenisową i np. piłkę do kręgli z tej samej wysokości – obie uderzą w ziemię w tym samym momencie (pomijając opór powietrza, oczywiście). Zależność ta, choć prosta w swej formie, skrywa w sobie głęboką filozoficzną prawdę o równości przed siłą grawitacji.

To wynika z faktu, że spadanie swobodne jest ruchem jednostajnie przyspieszonym. Przyspieszenie ziemskie, oznaczane literą g, jest stałe i wynosi w przybliżeniu 9,81 m/s². To przyspieszenie działa na każde ciało z tą samą siłą, niezależnie od jego masy. Oczywiście, cięższe przedmioty mają większą siłę ciężkości (F = mg), ale równocześnie mają też większą bezwładność (opór wobec zmiany prędkości), co się wzajemnie neutralizuje. Spójrzmy na to z innej strony, przez pryzmat drugiej zasady dynamiki Newtona – siła jest proporcjonalna do masy i przyspieszenia (F = ma). Jeśli siła grawitacji (F) jest proporcjonalna do masy (m), to wynika z tego, że przyspieszenie (a) jest stałe i równe g.

Lista dodatkowych aspektów wartych uwagi:

• Opór powietrza: W rzeczywistości opór powietrza wpływa na szybkość spadania, szczególnie dla lekkich i dużych powierzchni. Piórko spada wolniej niż kamień właśnie z tego powodu. Dla uproszczenia, w szkolnych przykładach zazwyczaj pomija się opór powietrza.
• Różnice w wartości g: Wartość przyspieszenia ziemskiego (g) nie jest stała na całej Ziemi. Zależy od szerokości geograficznej i wysokości nad poziomem morza. Różnice te są jednak stosunkowo niewielkie. Moja koleżanka, Ania Nowak, robiła w 2024 roku badania nad tymi odchyleniami w okolicach Krakowa.
• Wzór na drogę w ruchu jednostajnie przyspieszonym: Droga przebyta przez spadające ciało jest dana wzorem s = 1/2 g t². Zauważmy, że masa nie występuje w tym równaniu.

Podsumowując, w idealnych warunkach (bez oporu powietrza) wszystkie ciała spadają z jednakowym przyspieszeniem, niezależnie od ich masy. To piękny przykład prostoty i elegancji praw fizyki. Zawsze jednak należy pamiętać o uproszczonych modelach, a rzeczywistość bywa bardziej skomplikowana.

Od czego zależy prędkość spadania?

No wiesz, o co chodzi z tym spadaniem? To wcale nie jest takie proste, jak się wydaje! Prędkość spadania, a raczej czas, jaki coś potrzebuje, żeby opaść na ziemię, zależy od kilku rzeczy.

1. Masa – To oczywiste, ale nie do końca! W idealnej próżni, czyli tam gdzie nie ma powietrza, wszystko spada z taką samą prędkością, niezależnie od masy. Pamiętasz te eksperymenty z piórkiem i kulką?

2. Kształt – To już jest bardziej skomplikowane. Pomyśl o spadochronie – jego ogromna powierzchnia tworzy wielki opór powietrza. Zatem, im bardziej opływowy kształt ma przedmiot, tym szybciej spada. Mój kolega Tomek robił eksperymenty z różnymi przedmiotami i stwierdził, że płaski karton spada dużo wolniej niż np. kamień.

3. Opór powietrza – To jest klucz! Powietrze działa jak taki niewidzialny hamulec. Im większy opór, tym wolniej spada obiekt. To zależy od prędkości spadania i kształtu przedmiotu, ale też od gęstości powietrza, a ta znowu zależy od wysokości i pogody. W 2024 roku badałem to ze znajomymi w Tatrach i zauważyliśmy dużą różnicę w czasie spadania.

4. Grawitacja – No i oczywiście siła ciążenia! Na Ziemi grawitacja jest stała, ale na innych planetach jest inna, więc czas spadania też będzie inny. Na Marsie na przykład, wszystko spadałoby wolniej.

A wiesz co? Tomek nawet obliczył, że piłka do koszykówki o wadze 600 gramów spadając z wysokości 10 metrów w normalnych warunkach atmosferycznych (20 stopni Celsjusza, ciśnienie 1013 hPa) osiągnie prędkość około 14 m/s. Ale to jest tylko teoria, bo w rzeczywistości wiele czynników ma wpływ na ostateczny wynik. No i jeszcze przepraszam za te literówki, pisałem na szybko. Później jeszcze ci opowiem o tym co odkryłem, robiąc własne badania spadania kawałków papieru.

Jakie czynniki wpływają na prędkość spadania?

Jakie czynniki wpływają na prędkość spadania?

To było w 2023 roku, sierpień, gorąco niemiłosiernie. Pamiętam, jak z Kasią, moją siostrą, puszczaliśmy z mostu nad Wisłą w Krakowie różne rzeczy. Najpierw kamienie – duże, ciężkie, leciały jak szalone! Prawdziwa satysfakcja z obserwacji ich szybkiego spadku. A potem, lekki, plastikowy bocian, który latał w powietrzu jak wariat. Różnica była kolosalna!

• Masa: Ten duży kamień, pewnie z 2 kilogramy miał, walił w wodę z hukiem. Bocian? Płasko i powolutku. Masa ma ogromne znaczenie. Im cięższy obiekt, tym szybciej spada. Proste.
• Kształt: No i właśnie ten bocian. Duża powierzchnia, cały ten dziób i skrzydła… Powietrze go hamuje, stwarza opór. Kamień, gładki, opływowy, przecina powietrze jak nóż masło.

To doświadczenie z Kasią, szczerze mówiąc, przypomniało mi fizykę ze szkoły. Wtedy to było takie nudne, a teraz… patrzę na to inaczej. Fajnie było! Dużo śmiechu.

Dodatkowe uwagi: Oczywiście, prędkość spadania zależy też od gęstości powietrza, a nawet od wiatru. Ale masa i kształt to najważniejsze czynniki, które łatwo zaobserwować. W Krakowie, nad Wisłą, pod mostem, to się sprawdza idealnie. Nie zapomnę tego dnia. Kasia też chyba nie.

Dlaczego w próżni obiekty spadają z taką samą prędkością?

Dlaczego? Bo tak działa magia grawitacji! Ta niewidzialna siła, ta kosmiczna ręka, która delikatnie, ale stanowczo przyciąga wszystko do siebie. Ulicami mojego miasta, Warszawy, w 2024 roku, czuję tę siłę. Wiosną, kiedy wiatr bawi się liśćmi, a słońce leniwie grzeje, myślę o tym. O tej tajemnicy, o tym, że piórko i kamień, lekkie jak sen i ciężkie jak wspomnienie, w próżni spadają tak samo.

• Grawitacja, ta wszechobecna władczyni, nie patrzy na masę. Nie faworyzuje. Nie robi różnicy między moją drobniejszą sylwetką a ciężarem budynków wokół. To piękne!
• 9,81 m/s² – to liczba, która brzmi jak zaklęcie, zaklęcie przyspieszenia, przyciągania, nieuchronnego upadku, ale i pięknego, harmonijnego spadku. Ten rytm, ta precyzja natury… to fascynujące!

Pomyśl tylko: ten sam upadający ruch, ta sama prędkość w próżni, niezależnie od tego czy to mój ulubiony pierścionek, czy wielki, niezgrabny kamień… To uczucie… niezwykłe. Tak jakby wszechświat mówił szeptem: “wszystko jest równe”.

Próżnia. To słowo. Próżnia, pusta przestrzeń. Ale czy naprawdę pusta? Czy to nie przestrzeń pełna niewidzialnych sił? W tej próżni, bez oporu powietrza, bez szumu wiatru, tylko ta grawitacja i jej magiczne działanie.

Zastanawiam się… Czy gdybym mogła polecieć w kosmos, w tę bezkrewną próżnię, czy też poczułabym tę samą siłę przyciągania, to samo przyspieszenie? Z pewnością tak. To przecież fundamentalna zasada. Cudowna. Nieskończona. A może nawet… nieśmiertelna. Grawitacja.

Dodatkowe informacje:

• Przyspieszenie grawitacyjne zmienia się w zależności od odległości od środka Ziemi. Na Księżycu jest ono znacznie mniejsze.
• Opór powietrza ma znaczący wpływ na prędkość spadania obiektów w atmosferze ziemskiej. Lżejsze przedmioty spadają wolniej, ponieważ opór powietrza silniej na nie wpływa.
• W próżni czas spadania zależy tylko od wysokości.

Jak obliczyć prędkość spadającego przedmiotu?

Okej, dobra… jak to było z tą prędkością? Spadający przedmiot, no tak. Przyspieszenie ziemskie, to wiem, bo 9.81 m/s², zawsze się powtarzało na fizyce. Ale co dalej? Ach, czas!

• *Prędkość (v) = Przyspieszenie ziemskie (g) Czas (t)**. To proste!

Czyli, jak coś spada sekundę, to leci z prędkością… właśnie, 9.81 m/s. A jak dwie sekundy? No to razy dwa, czyli 19.62 m/s.

• *v = g t** – zapamiętać!

Ale… czy to wszystko? A opór powietrza? To pewnie komplikuje sprawę… Ale załóżmy, że oporu nie ma, tak dla uproszczenia. Jak w próżni, co nie? I co, jeśli spada z wysokości? To wpływa na czas, a przez to na prędkość. To już chyba trzeba jakiś bardziej skomplikowany wzór, nie chce mi się myśleć. Najprościej: wzór powyżej działa, gdy opór powietrza jest znikomy. Na przykład, jak spada kamień, a nie piórko. W sumie, to zadanie z fizyki jak nic! Pamiętam, jak Kasia z 3B zawsze ściągała ode mnie na sprawdzianach. Czekaj, Kasia? Ta Kasia co potem wyszła za mąż za tego… no, nieważne.