Viteza terminalului și căderea liberă

Viteza terminalului și căderea liberă sunt două concepte corelate care tind să devină confuze, deoarece depind de faptul dacă un corp se află sau nu într-un spațiu gol sau într-un fluid (de ex. atmosfera sau chiar apă). Aruncați o privire la definițiile și ecuațiile termenilor, modul în care acestea sunt înrudite și cât de repede este un corp în cădere liberă sau la viteza terminală în diferite condiții.

Viteza terminală este definită ca cea mai mare viteză care poate fi atinsă de un obiect care cade printr-un fluid, cum ar fi aerul sau apa. Când se atinge viteza terminalului, forța descendentă a gravitației este egală cu suma obiectului Plutire iar forța de tracțiune. Un obiect la viteza terminalului are zero net accelerare.

Există două ecuații deosebit de utile pentru găsirea vitezei terminale. Primul este pentru viteza terminalului fără a ține cont de flotabilitate:

V_T = (2mg / ρAC_d)^1/2

Unde:

• V_T este viteza terminalului
• m este masa obiectului care cade
instagram viewer
• g este accelerație datorată gravitației
• C_d este coeficientul de tracțiune
• ρ este densitatea fluidului prin care cade obiectul
• A este zona transversală proiectată de obiect

În special în lichide, este important să ținem cont de flotabilitatea obiectului. Principiul lui Arhimede este folosit pentru a contabiliza deplasarea volumului (V) de către masă. Ecuația devine apoi:

V_T = [2 (m - ρV) g / ρAC_d]^1/2

Utilizarea de zi cu zi a termenului „cădere liberă” nu este aceeași cu definiția științifică. În uz obișnuit, un parașut este considerat a fi în cădere liberă la atingerea vitezei terminale fără o parașută. În realitate, greutatea paraclisului este susținută de o pernă de aer.

Căderea liberă este definită fie în conformitate cu fizica newtoniană (clasică), fie în termeni de relativitate generală. În mecanica clasică, căderea liberă descrie mișcarea unui corp atunci când singura forță care acționează asupra lui este gravitația. Direcția mișcării (în sus, în jos etc.) este lipsită de importanță. Dacă câmpul gravitațional este uniform, acționează în mod egal asupra tuturor părților corpului, făcându-l „fără greutate” sau experimentând „0 g”. Deși poate părea ciudat, un obiect poate fi în cădere liberă chiar și atunci când se deplasează în sus sau în vârful mișcării sale. Un parașut care sări din afara atmosferei (precum un salt HALO) atinge aproape adevărata viteză terminală și căderea liberă.

În general, atât timp cât rezistența la aer este neglijabilă în ceea ce privește greutatea unui obiect, aceasta poate obține cădere liberă. Exemplele includ:

• O navă spațială în spațiu fără un sistem de propulsie angajat
• Un obiect aruncat în sus
• Un obiect a căzut dintr-un turn de picătură sau într-un tub de picătură
• O persoană care sări în sus

În schimb, obiectele nu în cădere liberă includ:

• O pasăre zburătoare
• O aeronavă zburătoare (deoarece aripile oferă ridicare)
• Utilizarea unei parașute (pentru că contracarează gravitația cu tracțiune și, în unele cazuri, poate oferi ridicare)
• Un parașutist care nu folosește o parașută (deoarece forța de tracțiune este egală cu greutatea sa la viteza terminală)

În relativitate generală, căderea liberă este definită ca mișcarea unui corp de-a lungul unei geodezice, cu gravitația descrisă ca curbura spațiu-timp.

Dacă un obiect cade spre suprafața unei planete și forța gravitației este mult mai mare decât forța aerului rezistența sau altfel viteza sa este mult mai mică decât viteza terminală, viteza verticală de cădere liberă poate fi aproximat ca:

v_T = gt + v₀

Unde:

• v_T este viteza verticală în metri pe secundă
• v₀ este viteza inițială (m / s)
• g este accelerația datorată gravitației (aproximativ 9,81 m / s² lângă Pământ)
• t este timpul (timpul) scurs

Deoarece viteza terminalului depinde de tracțiunea și secțiunea transversală a unui obiect, nu există o viteză unică pentru viteza terminalului. În general, o persoană care cade prin aer pe Pământ atinge viteza terminală după aproximativ 12 secunde, care acoperă aproximativ 450 de metri sau 1500 de metri.

Un parașut în poziția burtică-pământ atinge o viteză terminală de aproximativ 195 km / h (54 m / s sau 121 mph). Dacă parașesierul își trage în brațe și picioare, secțiunea sa este redusă, crescând viteza terminalului la aproximativ 320 km / h (90 m / s sau puțin sub 200 mph). Aceasta este aproximativ aceeași cu viteza terminală obținută de un șoim peregrin care se scufunda pentru pradă sau pentru un glonț care cădea după ce a fost aruncat sau tras în sus. Viteza terminalului record mondial a fost stabilită de Felix Baumgartner, care a sărit de la 39.000 de metri și a ajuns la o viteză terminală de 134 km / h (834 mph).

• Huang, Jian. „Viteza unui parastas (viteza terminalului)”. Fișa fizică. Glenn Elert, Liceul Midwood, Brooklyn College, 1999.
• Serviciul de pești și animale sălbatice din S.U.A. "Totul despre șoimul peregrin"20 decembrie 2007.
• Balisticianul. „Buline în cer”. W. Square Enterprises, 9826 Sagedale, Houston, Texas 77089, martie 2001.