Viteza terminală este viteza maximă pe care o atinge un obiect când cade prin aer, atinsă atunci când forța de tracțiune este egală cu forța gravitațională. Un parașutist în cădere liberă accelerează inițial, dar rezistența aerului crește odată cu viteza până la atingerea unui echilibru - nicio forță netă înseamnă că nu mai există accelerație. Acest echilibru este viteza terminală.
Formula
Terminal Velocity = √((2 × m × g) / (ρ × A × Cd))
Unde:
- m = masa obiectului (kg)
- g = accelerația gravitațională (9,81 m/s²)
- ρ (rho) = densitatea aerului (1,225 kg/m³ la nivelul mării)
- A = aria secțiunii transversale (m²)
- Cd = coeficient de tragere (adimensional, ~0,5-1,5 pentru majoritatea obiectelor)
Viteza terminală crește cu masa și scade cu coeficientul de rezistență și aria secțiunii transversale.
Exemplu de lucru
Un parașutist: masa 80 kg (inclusiv echipamentul de viteză), suprafața secțiunii transversale 0,5 m² (în poziție împrăștiată), coeficient de rezistență ~1,1
Terminal Velocity = √((2 × 80 × 9.81) / (1.225 × 0.5 × 1.1))
= √(1,569.6 / 0.67375)
= √(2,329)
= 48.3 m/s ≈ 174 km/h (108 mph)
Într-o poziție cu capul în jos (zonă mai mică, Cd ~0,7):
Terminal Velocity = √((2 × 80 × 9.81) / (1.225 × 0.2 × 0.7))
= √(1,569.6 / 0.1715)
= √(9,143)
= 95.6 m/s ≈ 344 km/h (214 mph)
Poziția afectează dramatic viteza terminală.
Valori coeficientului de glisare
| Obiect | Formă | CD |
|---|---|---|
| Sferă | Rundă | 0.47 |
| Cub | Fața plată | 1.05 |
| Cilindru | Partea pe partea | 1.1 |
| Paraşutist | Răspândire | 1.1 |
| Paraşutist | Capul în jos | 0.7 |
| Glonţ | Raționalizat | 0.3 |
Formele mai aerodinamice au coeficienți de rezistență mai mici.
Factori din lumea reală
Densitatea aerului scade odată cu altitudinea, astfel încât viteza terminală se modifică odată cu înălțimea. La altitudinea de croazieră (11 km), aerul este dens cu 1/3, astfel încât viteza terminală este √3 ≈ 1,73× mai mare. Acesta este motivul pentru care avioanele de parașutism ating viteze mai mari la altitudine.
Sfaturi
Viteza terminală este atinsă relativ repede - majoritatea obiectelor o ating în câteva secunde sau metri. Pentru problemele de fizică, presupuneți o viteză constantă odată ce viteza terminală este atinsă. De asemenea, amintiți-vă că acest lucru se aplică numai mișcării verticale sau aproape verticale; coborârea în unghi este mai complexă.
Utilizați Terminal Velocity Calculator pentru a găsi viteza terminală pentru orice masă, dimensiune și coeficient de rezistență.