Hava direnci nedeniyle serbest düşme yapan bir paraşütçünün hız-zaman grafiği aşağıdakilerden hangisi gibi olur?
A) Artan doğrusal
B) Azalan doğrusal
C) Önce artan sonra sabit
D) Sabit
Bir paraşütçü serbest düşmeye başladığında, başlangıçta hızı sıfırdır. Bu anda üzerine etki eden tek önemli kuvvet yer çekimi kuvvetidir.
Yer çekimi kuvveti nedeniyle paraşütçü aşağı doğru hızlanmaya başlar. Hızlandıkça, hava molekülleriyle çarpışması artar ve yukarı yönde bir hava direnci kuvveti oluşur.
Hava direnci kuvveti, paraşütçünün hızına bağlı olarak artar. Genellikle hızın karesiyle orantılı olduğu kabul edilir ($F_{hava} \propto v^2$).
Düşüşün ilk aşamalarında, yer çekimi kuvveti hava direncinden çok daha büyüktür. Bu nedenle paraşütçü hızlanmaya devam eder. Ancak hava direnci arttıkça, paraşütçü üzerindeki net aşağı yönlü kuvvet azalır.
Net kuvvet azaldığı için paraşütçünün ivmesi de azalır. Hız-zaman grafiğinde ivme, eğimin büyüklüğünü gösterir. İvme azaldığı için grafik eğrisi giderek yataylaşmaya başlar, yani hız artışı yavaşlar.
Paraşütçünün hızı arttıkça, hava direnci kuvveti de artmaya devam eder. Bir noktada, hava direnci kuvveti yer çekimi kuvvetine eşit hale gelir. Bu durumda, paraşütçü üzerindeki net kuvvet sıfır olur.
Net kuvvet sıfır olduğunda, Newton'un İkinci Yasası'na göre ($F_{net} = m \cdot a$), ivme de sıfır olur. İvme sıfır olduğunda, paraşütçü artık hızlanmaz ve sabit bir hızla düşmeye devam eder. Bu hıza "limit hız" veya "terminal hız" denir.
Hız-zaman grafiği açısından bakarsak:
Başlangıçta hız artar (grafik yukarı doğru çıkar).
Hız artışı yavaşlar çünkü ivme azalır (grafik eğrisi yataylaşır).
Limit hıza ulaşıldığında hız sabit kalır (grafik yatay bir çizgi haline gelir).
Bu durum, hızın önce arttığını, sonra sabit bir değere ulaştığını gösterir.
