Como calcular a velocidade do terminal

Sempre perguntar por que os pára-quedistas eventualmente atingem uma velocidade máxima ao cair, mesmo que a força da gravidade em um vácuo faça um objeto acelerar continuamente? Um objeto queda atingirá uma velocidade constante quando há uma força de restrição, como arrastar do ar. A força aplicada por gravidade perto de um corpo maciço é principalmente constante, mas forças como a resistência ao ar aumentam mais rápido o objeto queda. Se permitido libertar a queda por tempo suficiente, um objeto queda atingirá uma velocidade em que a força do arrasto se tornará igual a força da gravidade, e os dois se cancelarão, fazendo com que o objeto caia na mesma velocidade até que atinge o chão. Isso é chamado de velocidade do terminal.

Passos

Método 1 de 3:
Resolvendo para a velocidade do terminal
  1. Imagem intitulada Calcular Velocity Step 1
1. Use a fórmula de velocidade do terminal, v = a raiz quadrada de ((2 * m * g) / (ρ * a * c)). Conecte os seguintes valores nessa fórmula para resolver para V, velocidade do terminal.
  • m = massa do objeto queda
  • g = a aceleração devido à gravidade. Na terra isso é aproximadamente 9.8 metros por segundo.
  • ρ = a densidade do fluido O objeto está caindo.
  • A = a área projetada do objeto. Isso significa a área do objeto se você projetá-lo em um plano que foi perpendicular à direção que o objeto está se movendo.
  • C = o coeficiente de arrasto. Este número depende da forma do objeto. Quanto mais simplificar a forma, menor o coeficiente. Você pode procurar alguns coeficientes de arrastos aproximados.
Método 2 de 3:
Encontre a força gravitacional
  1. Imagem intitulada Calcular Velocity Step 2
1. Encontre a massa do objeto queda. Isso deve ser medido em gramas ou quilogramas, no sistema métrico.
  • Se você estiver usando o sistema imperial, lembre-se que as libras não são realmente uma unidade de massa, mas de força. A unidade de massa no sistema imperial é a massa de libra (LBM), que sob a força gravitacional na superfície da terra experimentaria uma força de 32 libras-força (LBF). Por exemplo, se uma pessoa pesa 160 libras na terra, essa pessoa está realmente sentindo 160 lbf, mas sua massa é de 5 lbm.
  • Imagem intitulada Calcular Velocity Step 3
    2. Conheça a aceleração devido à gravidade da terra. Perto o suficiente para a terra para encontrar resistência ao ar, esta aceleração é 9.8 metros por segundo quadrado, ou 32 pés por segundo ao quadrado.


  • Imagem intitulada Calcular Velocity Step 4
    3. Calcule a tração descendente da gravidade. A força com a qual o objeto queda está sendo puxado para baixo é igual a aceleração dos tempos de massa do objeto devido à gravidade, ou f = ma. Este número, multiplicado por dois, vai no topo da fórmula de velocidade do terminal.
  • No sistema imperial, este é o LBF do objeto, o número que é comumente chamado de peso. É mais adequadamente a massa em lbm vezes 32 pés por segundo quadrado. No sistema métrico, a força é a massa em gramas vezes 9.8 metros por segundo quadrado.
    • Método 3 de 3:
    Determinar a força de arrasto
    1. Imagem intitulada Calcular Velocity Step 5
    1. Obter a densidade do meio. Para um objeto caindo através da atmosfera da Terra, a densidade vai mudar com base na altitude e na temperatura do ar. Isso torna o cálculo da velocidade do terminal de um objeto queda, especialmente difícil, pois a densidade do ar mudará à medida que o objeto perde a altitude. No entanto, você pode procurar densidades de ar aproximadas em livros didáticos e outras referências.
    • Como um guia aproximado, a densidade do ar no nível do mar quando a temperatura é de 15 ° C é 1.225 kg / m3.
  • Imagem intitulada Calcular Velocity Step 6
    2. Estimar o coeficiente de arrasto do objeto. Este número é baseado em como o objeto é simplificado. Infelizmente, é um número muito complexo calcular e envolve a realização de certas suposições científicas. Não tente calcular o coeficiente de arrasto sem a ajuda de um túnel de vento e alguma matemática aerodinâmica grave. Em vez disso, procure uma aproximação com base em um objeto similar.
  • Imagem intitulada Calcular Velocity Step 7
    3. Calcule a área projetada do objeto. A última variável que você precisa saber é a área seccional a ser apresentada pelo objeto para o meio. Imaginethe silhueta do objeto queda vendo ao olhar para cima diretamente abaixo dele. Essa forma, projetada em um avião, é a área projetada. Mais uma vez, este é um valor difícil para calcular com qualquer coisa, mas objetos geométricos simples.
  • Imagem intitulada Calcular Velocity Step 8
    4. Descobrir a força de arrasto que se opõe à tração para baixo da gravidade. Se você conhece a velocidade do objeto, mas não a força de arrasto, você pode usar a fórmula para calcular a força de arrasto. Isto é (c * ρ * a * (v ^ 2)) / 2.

    • Vídeo

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    Pontas

    A velocidade do terminal realmente mudará ligeiramente durante a queda livre. A gravidade sobe ligeiramente à medida que o objeto se aproxima do centro da Terra, mas a quantidade é insignificante. Densidade do meio vai subir à medida que o objeto se aprofunda no meio. Este é um efeito muito mais notável. Um pára-quedista vai realmente desacelerar à medida que a queda prossegue porque a atmosfera fica cada vez mais grosso como gotas de altitude.
  • Sem um pára-quedas aberto, um pára-quedista iria atacar o chão a cerca de 130 mph (210 km / h).
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