Известен случай, когда парашютист с раскрытым парашютом, вместо того чтобы опускаться вниз, стал подниматься вверх. Как это могло произойти?

Для анализа указанного случая важно рассмотреть основные физические принципы, связанные с движением тела в воздухе, а также влияние окружающей среды на это движение. Взаимодействие тела с воздухом регулируется законами механики, аэродинамики и динамики жидких и газообразных сред. Рассмотрим несколько ключевых аспектов, которые помогут понять, как парашютист мог начать двигаться вверх.

1. Сила тяжести
   Любое тело на Земле подвержено действию силы тяжести, которая направлена вниз (к центру Земли). Сила тяжести определяется формулой:
   $$ F_{\text{тяжести}} = m \cdot g $$
   где $ m $ — масса тела, $ g $ — ускорение свободного падения ($ g \approx 9.8 \, \text{м/с}^2 $ на поверхности Земли). В нормальных условиях сила тяжести заставляет тело двигаться вниз.

2. Сила сопротивления воздуха
   Когда тело движется в атмосфере, оно встречает сопротивление воздуха. Эта сила направлена противоположно направлению движения. Для парашютиста с раскрытым парашютом сила сопротивления воздуха значительно увеличивается из−за большой площади парашюта. Формула для силы сопротивления воздуха:
   $$ F_{\text{сопротивления}} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot C \cdot A $$
   где:

   • $ \rho $ — плотность воздуха,
   • $ v $ — скорость движения тела относительно воздуха,
   • $ C $ — коэффициент формы, который зависит от формы тела,
   • $ A $ — площадь поверхности, взаимодействующей с потоком воздуха.

3. Влияние ветра
   Если парашютист находится в зоне сильного восходящего воздушного потока, то этот поток может создать дополнительную подъемную силу, достаточную для преодоления силы тяжести. Восходящие потоки воздуха возникают в результате различных атмосферных явлений, таких как:

   • Термальный поток: Это поток теплого воздуха, поднимающегося вверх из−за разности температур между нагретыми областями Земли и более холодными слоями воздуха. Такие потоки часто наблюдаются в солнечную погоду над открытыми местностями, например, пустынями или полями.
   • Географические особенности: Восходящие потоки могут возникать при столкновении ветра с препятствиями, такими как горы или холмы. Воздух вынужден подниматься вверх, создавая зону восходящего потока.
   • Штормовые системы: В сильных грозах и ураганах могут формироваться мощные восходящие воздушные потоки.

4. Подъемная сила, действующая на парашют
   Парашют, имея большую площадь, может действовать как крыло, захватывая поток воздуха. Если направление ветра направлено вверх и его скорость достаточна, парашют может создать подъемную силу, которая будет больше силы тяжести. Формула подъёмной силы в аэродинамике:
   $$ F_{\text{подъемная}} = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^2 \cdot C_{\text{лопасти}} \cdot A $$
   где $ C_{\text{лопасти}} $ — коэффициент подъема.

5. Равнодействующая сил
   На парашютиста в воздухе действуют несколько сил:

   • Сила тяжести ($ F_{\text{тяжести}} $), направленная вниз.
   • Сила сопротивления воздуха ($ F_{\text{сопротивления}} $), направленная противоположно движению.
   • Подъемная сила ($ F_{\text{подъемная}} $), возникающая в случае восходящих потоков воздуха.

Если подъемная сила становится больше силы тяжести, то результирующая сила ($ F_{\text{результирующая}} $) будет направлена вверх, и парашютист начнет подниматься.

1. Применение закона Ньютона Согласно второму закону Ньютона ($ F = m \cdot a $), ускорение тела определяется равнодействующей сил всех действующих на него сил. Если $ F_{\text{результирующая}} > 0 $, то движение будет направлено вверх.

В итоге, восходящее движение парашютиста с раскрытым парашютом могло произойти из−за комбинации факторов:
− Сильный восходящий поток воздуха.
− Большая площадь парашюта, создающая достаточную подъемную силу.
− Атмосферные условия, способствующие возникновению мощных восходящих потоков.

Таким образом, парашютист с раскрытым парашютом мог начать подниматься вверх, если подъемная сила, обусловленная восходящими потоками воздуха, превысила силу тяжести.