关键概念
空气动力学
阻力
飞行
力
引言
你有没有想过降落伞是如何工作的——或者哪些设计特征对于减缓某人的下降速度最重要？降落伞有许多不同的形状和尺寸，但它们的工作原理基于相同的通用原则。在这个活动中，你将测试不同尺寸的降落伞，看看降落伞尺寸的变化如何影响飞行。你认为哪个效果更好：更大的降落伞还是更小的降落伞？
背景
在跳伞运动中，一个人从非常高的高度从飞机上跳下，穿过空气坠落，然后释放降落伞以帮助跳伞者减缓下降速度并安全着陆。降落伞是如何如此有效地打破自由落体的呢？
当跳伞者坠落时，重力将人和他的降落伞拉向地球。重力可以使物体坠落得非常快！降落伞减慢了跳伞者的速度，因为它产生了空气阻力，或阻力。空气向上推降落伞，并产生与重力相反的力。当跳伞者坠落时，这些“推拉”力几乎处于平衡状态。*
材料
• 厚重型垃圾袋
• 剪刀
• 尺子
• 绳子
• 四枚硬币
• 胶带
• 一个安全的高处表面，离地面约两米。一个好的地方可能是安全的阳台、平台或操场平台。
• 秒表（精确到至少 0.1 秒）
准备工作
• 剪开垃圾袋，使其成为一张平坦的塑料片。
• 从垃圾袋上剪下两个正方形。使一个为 20 厘米 x 20 厘米（约 8 英寸 x 8 英寸），另一个为 50 厘米 x 50 厘米（20 英寸 x 20 英寸）。
• 在每个正方形的四个角上打一个结。
• 将绳子剪成八段，每段长 40 厘米（约 16 英寸）。
• 将每段绳子的一端系在每个结上，将绳子定位在结的正上方。
• 对于每个正方形，用一只手握住正方形的中心，用另一只手拉动所有的绳子以将它们收集起来。用一个单结将绳子的自由端系在一起。
• 用胶带将两枚硬币牢固地粘在每个正方形绳子的末端。你认为硬币的目的是什么？提示：你可以先尝试让正方形在没有硬币的情况下飘落到地面，看看会发生什么。
• 你的降落伞现在可以测试了！
步骤
• 将秒表和降落伞带到你找到的安全高处表面，该表面离地面约两米。
• 从高处释放较小的降落伞，并计时它落到地面需要多长时间。再试这个降落伞两次，每次都从相同的高度释放。平均大约需要多长时间才能落下？
• 从相同的高度释放较大的降落伞，并计时它落到地面需要多长时间。再试这个降落伞两次。较大的降落伞大约需要多长时间落下？
• 哪个降落伞落到地面花费的时间更长？你认为这是为什么？
• 额外内容：用垃圾袋上不同尺寸的正方形制作更多降落伞。测试你的新降落伞。你是否看到降落伞的大小与它们落下所需时间之间存在明显的趋势？
• 额外内容：在这个活动中，你测试了一个变量——降落伞的表面积——但还有许多其他变量会影响降落伞的工作效果。再次尝试此活动，但这次改变制作降落伞的材料（你可以尝试尼龙、棉布、薄纸等）、降落伞的形状、绳子的长度、绳子的重量、负载（通过增加或减少硬币的数量）或降落伞掉落的高度。改变这些其他变量之一如何影响降落伞的工作效果？观察和结果
较大的降落伞是否比较小的降落伞花费更长的时间落到地面？
降落伞有多大（换句话说，降落伞的表面积）会影响其空气阻力或阻力。降落伞越大，阻力越大。在这些降落伞的情况下，阻力与重力相反，因此阻力减慢了降落伞的下降速度。因此，较大的降落伞，由于其更大的阻力，比小的降落伞需要更长的时间才能到达地面。尽管重力在较大、稍重的降落伞上比在较小、较轻的降落伞上更大，但较大降落伞上阻力的相对增加大于重力的增加。
*更正（2012 年 9 月 19 日）：本段最后一句错误地描述了阻力和重力对跳伞者的影响，已在发布后删除。更多探索阻力计算器，来自 Aerocon
跳伞，来自物理教室
降落伞下降计算，来自 Randy Culp
降落伞：尺寸重要吗？，来自科学伙伴
本活动由以下机构合作推出：科学伙伴
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