Flugzeit einer horizontal abgefeuerten Kugelkugel im Vergleich zu einer vertikal fallen gelassenen Kugel / Auswirkung von Seitenwind auf kugelförmiges Auto

  1. Würde eine kugelförmige Kugel, die horizontal von einer Muskete abgefeuert wird, länger in der Luft bleiben als eine kugelförmige Kugel, die aus derselben Höhe fällt?

    Ich weiß, dass zwei ähnliche Fragen gestellt wurden ( Wird eine Kugel, die abgeworfen wird, und eine Kugel, die von einer Waffe horizontal abgefeuert wird, WIRKLICH gleichzeitig auf den Boden treffen, wenn der Luftwiderstand berücksichtigt wird? , Wie kann eine horizontal abgefeuerte Kugel gleichzeitig den Boden erreichen eine fallengelassene Kugel? ), aber ich möchte es eingrenzen, indem ich diese Annahmen mache:

    • Keine Rotation
    • Flache Erde, keine Krümmung
    • Kugelförmige Kugel

    Es scheint mir, dass die Antwort auf meine Frage „Ja“ ist (und daher die Antwort auf die ältere verwandte Frage „Nein“) ist, weil die aerodynamische Kraft mehr oder weniger proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist. Wenn das Geschoss zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem der momentane Geschwindigkeitsvektor bekannt ist, zu fallen beginnt, nehmen wir diesen Geschwindigkeitsvektor und berechnen so den gesamten aerodynamischen Kraftvektor (der ein reiner Widerstandskraftvektor ist; es ist kein Auftrieb vorhanden) und Wenn wir dann diesen aerodynamischen Kraftvektor in vertikale und horizontale Komponenten zerlegen, erhalten wir eine größere vertikale Kraftkomponente, die der Abwärtsbeschleunigung entgegenwirkt, als wenn wir dieselbe Gleichung verwendet hätten, um die aerodynamische Widerstandskraft zu berechnen, die auf einen identischen runden Ball wirkt, der mit derselben momentanen Vertikalen direkt nach unten fällt Geschwindigkeitskomponente, aber keine Vorwärtsbewegung. Ist das richtig?

    Die gleiche Logik scheint zu beleuchten, warum seitliche Winde viel stärkere seitliche Kräfte auf fahrende Autos ausüben als auf geparkte Autos, obwohl hier die Situation viel komplizierter ist, weil das sich schnell bewegende Auto in gewisser Weise wie ein vertikaler Tragflügel wirkt, der in einem effizienten Winkel fliegt. des Angriffs und das Erzeugen eines seitlichen „Auftriebs“, während das geparkte Auto eher wie das gleiche Tragflächenprofil in einem vollständig „festgefahrenen“ Zustand ist (aufgrund des sehr hohen Anstellwinkels von 90 Grad). wirklich kugelförmig wären, dann würde diese Komplikation vermieden und die Situation wäre genauso wie die oben gestellte ursprüngliche Frage. So,

  2. Würde bei einem kugelförmigen Auto ein gegebener Seitenwind (der senkrecht zur Straße bläst) eine größere seitliche Kraftkomponente (dh eine Kraftkomponente, die senkrecht zur Straße wirkt) auf das Auto ausüben, wenn das Auto vorwärts fährt, als wenn das Auto geparkt wäre?


Nennen wir einige Zahlen:

Ball fällt mit Momentangeschwindigkeit von 5 Einheiten, keine Vorwärtsbewegung, Widerstandskraft beträgt 25 Einheiten

Ball, der mit einer Momentangeschwindigkeit von 5 Einheiten fällt und sich mit einer Momentangeschwindigkeit von 5 Einheiten vorwärts bewegt, eine Gesamtvektorgröße der Momentangeschwindigkeit von 7,07 Einheiten, eine Gesamtwiderstandsgröße von 50 Einheiten.

Die vertikale Komponente der Widerstandskraft beträgt 50 Einheiten * Sinus 45 Grad = 35,4 Einheiten

Ist das richtig?

Hier ist eine etwas verwandte Frage, aber aerodynamische Kräfte werden ignoriert, also ist es nicht ALLES so verwandt - physics.stackexchange.com/q/479807
Ich bin versucht zu bearbeiten, um das "Lift" -Tag zu löschen und eines der ursprünglichen Tags wieder hinzuzufügen. Der Auftrieb ist hier nur peripher (dh bei nicht kugelförmigem Auto) verbunden. Im Falle eines kugelförmigen Geschosses haben Sie nur eine Widerstandskraft, obwohl Sie diese auf Wunsch in vertikale und horizontale Komponenten umwandeln können, von denen jede eine Komponente enthält, die senkrecht zur Flugbahn wirkt. Es könnte wirklich eine ganz andere Frage sein, ob es angebracht ist, hier den Begriff "Auftrieb" im Fall eines kugelförmigen, nicht rotierenden Geschosses einzuführen. Ich denke nicht.
Zukünftige Bearbeitung: Könnte "vertikales Tragflügelprofil" in "seitliches Tragflügelprofil" ändern.
@Qmechanic - siehe zweiter Kommentar oben. Keine große Sache, aber vielleicht ein Denkanstoß. Beachten Sie, dass die grundlegende Definition des Auftriebs eine senkrecht zur Flugbahn wirkende aerodynamische Kraft ist, dh senkrecht zur Flugbahn relativ zur Luftmasse.
Hallo ruhiger Flieger. Willkommen bei Phys.SE. Bitte bearbeiten Sie die Tags, wenn Sie der Meinung sind, dass dies die Frage verbessern würde.
Wird gemacht - danke für den Hinweis
Eine andere etwas verwandte Frage, aber die Frage und die Antworten scheinen alle davon auszugehen, dass keine aerodynamischen Kräfte vorhanden sind, also wieder nicht so sehr verwandt. physical.stackexchange.com/q/384990
In der Sprache meiner Frage ist die Idee (Definition, Konvention) enthalten, dass eine Widerstandskraft eine Kraft ist, die parallel zur ungestörten freien Strömung (relativer Wind) wirkt, während eine Auftriebskraft eine Kraft ist, die senkrecht zur ungestörten freien Strömung wirkt (relativ Wind). Vielleicht muss dies explizit in der Frage angegeben werden?

Antworten (2)

In einem Vakuum würden sie mit der gleichen Geschwindigkeit fallen. Unter Berücksichtigung des Luftwiderstands würden sie das wahrscheinlich nicht tun. Die frühen Musketen ohne Gewehr waren auf größere Entfernungen sehr ungenau, weil sie ein rundes Projektil ohne Spin abfeuerten. Jeder Fehler, jede Delle oder Unvollkommenheit würde dazu führen, dass die Kugel aufgrund eines ungleichmäßigen Luftstroms in eine unerwartete Richtung abweicht. Aus diesem Grund waren gezogene Läufe genauer, wenn die Kugel einen Fehler hatte und auf einer Seite mehr Luftwiderstand hatte, da sie sich drehte, bewegte sie sich spiralförmig oder wackelnd in einem viel vorhersehbareren Projektilbogen. Wie für ein kugelförmiges Auto. Es sollte einen sehr ähnlichen Seitenwiderstand haben, egal ob es sich bewegt oder nicht. Beim Vorwärtsbewegen würde es vorne einen höheren Druck haben, aber hinten weniger Druck, so dass sich die gesamte seitliche Kraft ausgleichen sollte.

Ich verstehe den Punkt mit den Unvollkommenheiten, aber können Sie etwas Genaueres dazu sagen, warum die Berechnung am Ende meiner Frage nicht korrekt ist?
@quiet flyer: Wenn ich Ihre Berechnung richtig verstehe, würde sich der Ball um 45 Grad von der Horizontalen nach unten bewegen, und Sie addieren die 25 Einheiten des Luftwiderstands nach vorne mit 25 Einheiten des Luftwiderstands nach unten. Das wäre aber falsch, da ein Teil des Luftwiderstands doppelt hinzukommt. In jeder Fahrtrichtung erzeugt nur die vordere Hälfte Luftwiderstand.
Können Sie näher erläutern, wo Ihrer Meinung nach meine Berechnung schief gelaufen ist? Ja, die momentane Fahrtrichtung ist 45 Grad von der Horizontalen entfernt. Ich habe die Gesamtgeschwindigkeit berechnet, dann den Gesamtwiderstand und dann die vertikale Komponente des Luftwiderstands. Nichts wurde doppelt hinzugefügt.
@quiet flyer: Zeichne einen Kreis, um den Ball darzustellen, zeichne oben und unten horizontale Linien, der Ball bewegt sich um 5 Einheiten vorwärts, der Vorwärtswiderstand beträgt 25 Einheiten. Zeichnen Sie nun vertikale Linien vor und hinter dem gleichen Kreis, der Ball fällt mit 5 Einheiten nach unten mit einem Abwärtswiderstand von 25 Einheiten. Der Ball bewegt sich um 45 Grad nach unten und nach vorne. Ihre 25 plus 25 entsprechen also 50 Luftwiderstandseinheiten. Dies entspricht 270 Grad Luftwiderstand, nicht 180
Ich denke nicht, dass es richtig ist, die Vorwärtswiderstandskomponente (oder die vertikale Widerstandskomponente) zu berechnen, bevor Sie den Gesamtwiderstand berechnet haben. Schauen Sie sich die Antwort an, die ich bereitgestellt habe, und insbesondere den ersten darin eingebetteten Link. Außerdem folge ich in Ihrem letzten Kommentar nicht der Bedeutung von "270 Grad".
@quiet flyer: wie kommst du auf den gesamtwiderstand von 50?
(Weil der Luftwiderstand mit dem Quadrat der Geschwindigkeit zusammenhängt, so wie eine Geschwindigkeit von 5 einen Luftwiderstand von 25 erzeugt, erzeugt auch eine Geschwindigkeit von 7,07 einen Luftwiderstand von 50, in einem beliebigen Einheitensystem.)

Ich habe jetzt eine sehr verwandte Antwort gefunden, die die Berechnung am Ende der Frage unterstützt und die Idee unterstützt, dass der von der horizontalen Muskete abgefeuerte Ball länger in der Luft bleibt als der Ball, der aus derselben Höhe fällt, und auch die Idee unterstützt dass ein Seitenwind auf ein vorwärts fahrendes kugelförmiges Auto eine stärkere seitliche Kraftkomponente ausübt als auf dasselbe geparkte Auto. Hier ist es: Windstärke und Widerstandskraft auf ein fallendes Objekt berechnen

In Wahrheit kann der Luftwiderstandsbeiwert einer Kugel aufgrund der Abhängigkeit der Reynolds-Zahl von der Geschwindigkeit nicht als streng konstant angesehen werden, wie in einer anderen verwandten Antwort gezeigt. Finden Sie die Luftwiderstandskraft (Luftwiderstandskraft) für einen beschleunigten Ball? , aber das scheint nichts an der oben genannten grundlegenden Schlussfolgerung zu ändern.