Cómo calcular la velocidad terminal

Alguna asistencia, por qué los paracaidistas eventualmente alcanzan una velocidad máxima al caer, a pesar de que la fuerza de gravedad en un vacío hará que un objeto se acelere continuamente? Un objeto de caída alcanzará una velocidad constante cuando haya una fuerza de restricción, como el arrastre del aire. La fuerza aplicada por la gravedad cerca de un cuerpo masivo es en su mayoría constante, pero las fuerzas como la resistencia al aire aumentan más rápido el objeto que cae va. Si se le permite liberar la caída por el tiempo suficiente, un objeto que cae alcanzará una velocidad en la que la fuerza del arrastre se volverá igualmente la fuerza de la gravedad, y los dos se cancelará entre sí, lo que hizo que el objeto caiga a esa misma velocidad hasta que sea golpea el suelo. Esto se llama velocidad terminal.

Pasos

Método 1 de 3:
Resolviendo para la velocidad terminal
  1. Imagen titulada Calcular Terminal Velocity Paso 1
1. Use la fórmula de velocidad de terminal, V = la raíz cuadrada de ((2 * m * g) / (ρ * a * c)). Conecte los siguientes valores a esa fórmula para resolver para V, velocidad terminal.
  • m = masa del objeto caída
  • g = la aceleración debido a la gravedad. En la tierra esto es aproximadamente 9.8 metros por segundo.
  • ρ = la densidad del fluido el objeto está cayendo a través de.
  • A = el área proyectada del objeto. Esto significa el área del objeto si lo proyectó en un plano que fue perpendicular a la dirección que el objeto se está moviendo.
  • C = el coeficiente de arrastre. Este número depende de la forma del objeto. Cuanto más optimice la forma, menor será el coeficiente. Puedes buscar algunos coeficientes de arrastre aproximados.
Método 2 de 3:
Encontrar la fuerza gravitacional
  1. Imagen titulada Calcular Terminal Velocity Paso 2
1. Encuentra la masa del objeto que cae. Esto debe medirse en gramos o kilogramos, en el sistema métrico.
  • Si está utilizando el sistema imperial, recuerde que las libras no es en realidad una unidad de masa, sino de la fuerza. La unidad de masa en el sistema imperial es la masa de libra (LBM), que bajo la fuerza gravitacional en la superficie de la Tierra experimentaría una fuerza de 32 libras de fuerza (LBF). Por ejemplo, si una persona pesa 160 libras en la Tierra, esa persona realmente está sintiendo 160 LBF, pero su masa es de 5 lbm.
  • Imagen titulada Calcular Terminal Velocity Paso 3
    2. Conozca la aceleración debido a la gravedad de la tierra. Lo suficientemente cerca de la tierra para encontrar resistencia al aire, esta aceleración es 9.8 metros por segundo cuadrado, o 32 pies por segundo cuadrado.
  • Imagen titulada Calcule Terminal Velocity Paso 4
    3. Calcular el tirón hacia abajo de la gravedad. La fuerza con la que se está retirando el objeto caída es igual a la aceleración de los tiempos de masa del objeto debido a la gravedad, o F = MA. Este número, multiplicado por dos, va en la parte superior de la fórmula de velocidad del terminal.
  • En el sistema imperial, este es el LBF del objeto, el número que comúnmente se llama peso. Es más adecuadamente la masa en LBM veces 32 pies por segundo cuadrado. En el sistema métrico, la fuerza es la masa en Grams Times 9.8 metros por segundo cuadrado.
  • Método 3 de 3:
    Determinar la fuerza de arrastre
    1. Imagen titulada Calcular Terminal Velocity Paso 5
    1. Obtener la densidad del medio. Para un objeto cayendo a través de la atmósfera de la Tierra, la densidad va a cambiar según la altitud y la temperatura del aire. Esto hace que el cálculo de la velocidad terminal de un objeto que cae es especialmente difícil, ya que la densidad del aire cambiará a medida que el objeto pierde altitud. Sin embargo, puede buscar densidades de aire aproximadas en libros de texto y otras referencias.
    • Como una guía aproximada, la densidad del aire en el nivel del mar cuando la temperatura es de 15 ° C es 1.225 kg / m3.
  • Imagen titulada Calcular Terminal Velocity Paso 6
    2. Estimar el coeficiente de arrastre del objeto. Este número se basa en la aerolínea, el objeto es. Lamentablemente, es un número muy complejo para calcular, e implica hacer ciertas suposiciones científicas. No intente calcular el coeficiente de arrastre, sin la ayuda de un túnel de viento y algunas matemáticas aerodinámicas graves. En su lugar, busque una aproximación basada en un objeto de forma similar.
  • Imagen titulada Calcular Velocity Terminal Paso 7
    3. Calcular el área proyectada del objeto. La última variable que necesita saber es que el área de la sección está presentada por el objeto al medio. Imaginele la silueta del objeto que cae al ver al mirar hacia arriba desde directamente debajo de ella. Esa forma, proyectada en un avión, es el área proyectada. Nuevamente, este es un valor difícil para calcular con cualquier cosa, pero objetos geométricos simples.
  • Imagen titulada Calcular Velocity Terminal Paso 8
    4. Averigua la fuerza de arrastre que se opone al tirón hacia abajo de la gravedad. Si conoce la velocidad del objeto, pero no la fuerza de arrastre, puede usar la fórmula para calcular la fuerza de arrastre. Esto es (c * ρ * a * (v ^ 2) / 2.
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    Consejos

    La velocidad terminal cambiará ligeramente durante la caída libre. La gravedad aumenta ligeramente a medida que el objeto se acerca al centro de la tierra, pero la cantidad es insignificante. La densidad del medio subirá a medida que el objeto se profundice en el medio. Este es un efecto mucho más notable. Un paracaidista en realidad disminuirá a medida que la caída procede porque la atmósfera se vuelve cada vez más gruesa como caídas de altitud.
  • Sin un paracaídas abierto, un paracaidista golpearía el suelo a unos 130 mph (210 km / h).
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