Fallskärmshoppning och fysik
Fallskärmshoppning ser både spännande och skrämmande ut. Nu ska vi ta reda på hur det överhuvudtaget är möjligt. Bara en mycket enkel fysiklektion. Ingen matematik krävs.
När en fallskärmshoppare lämnar planet. När de ska hoppa ut, upp eller ner. För enkelhetens skull antar vi att de bara hoppar neråt. Det finns två krafter som verkar mot fallskärmshopparens kropp. Ena är gravitationskraften, som är ganska nära konstant över hela längden på fallet. Den andra stora kraften är luftmotståndet.
Gravitationskraften är mot jordens medelpunkt. Din kropp drar mot jorden med en ytterst liten del, men skillnaden mellan din vikt och jorden är ingen match. Du accelerera mot jorden mycket, mycket mer än vad den gör mot dig. Så nettoeffekten är, du och hastigheten på väg ner. Det går fortare och fortare.
Men det finns en kraft som agerar i motsatt riktning och det är luftmotståndet. Den är inte konstant. När du accelererar så ökar din hastighet. Det är vad acceleration innebär. Det går snabbare och snabbare. Men ju snabbare det går, desto högre luftmotstånd blir det upp till en viss punkt.
Efter några sekunder, och några hundra eller tusen meter, då de är de två krafterna lika. När det händer blir din acceleration noll. Du bromsar upp och du behöver inte skynda på. Men du har redan en hög hastighet som en följd av tidigare acceleration. Hastigheten är ungefär 200 kilometer per timme. Det kallas ”terminal velocity”.
”Cirka” eftersom den exakta hastigheten är kritiskt beroende av form och yta för fallande kropp. Det är därför en fallskärmshoppare kommer att uppnå en högre hastighet vid fritt fall om den har spetsig näsa, armarna längst med sidorna och ansiktet och magen mot jorden.
Andra små effekter, liksom lufttätheten, luftfuktighet och det lokala lufttrycket, kan vi ignorera här. Vid mycket högre höjder, där luften är mycket mindre tät, kan det inte ignoreras.
Vad som sedan händer är ganska viktigt. En liten skärm släpps ut ovanför trädkronorna. Den fylls med luft och farten avtar. Nu börjar kroppen sakta glida ner på grund av den plötsliga (men inte alltför plötsliga) ökningen av luftmotståndet. Den stora ytan och formen på skärmen fångar mycket luft, ger högt motstånd. Kroppen saktar ner igen.
Nu är processen något omvänd. Eftersom kroppen saktar ner, minskar luftmotståndet. Innan var det kroppen som rörde sig snabbare och snabbare och luftmotståndet mindre. Nu gäller samma princip fast i omvänd ordning. Eftersom kroppen bromsar, minskar luftmotståndet.
På kort tid (några sekunder), är krafterna i balans igen och du få en ny terminal hastighet, en som är mycket lägre. Man svävar ned i lagom hastighet. Men det finns ytterligare ett litet steg kvar. Du slår i marken.
När du nu kommer ner på jorden så är gravitationskraften balanserad av en kraft från den fasta marken. Luftmotståndet är försumbart i detta skede. Balans uppnås mycket snabbt, men inte omedelbart när du slutligen kommer ner på marken i stillhet.