Cómo calcular la velocidad de la terminal

¿Te has preguntado por qué los paracaidistas alcanzan una velocidad máxima en el momento en que caen, incluso si la fuerza de gravedad en un fluido hace que un objeto se acelere continuamente? Un objeto que cae alcanzará una velocidad constante, cuando hay una fuerza de retención, como la resistencia del aire. La fuerza ejercida por la gravedad cerca de un cuerpo masivo es en su mayoría constante, pero las fuerzas como el aire aumentan la resistencia cuanto más rápido cae el objeto. Si ha estado en caída libre durante bastante tiempo, un objeto que cae alcanzará una velocidad tal que la fuerza de arrastre será igual a la gravedad uno, cancelando entre sí y causando que el objeto caiga a velocidad constante hasta que toque el suelo. Esto se llama velocidad terminal.

Método 1

Calcule la velocidad de la terminal
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Use la fórmula de velocidad terminal, v = raíz cuadrada de ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Ingrese los siguientes valores en la fórmula para encontrar v, la velocidad del terminal.
  • m = masa del objeto que cae
  • g = aceleración debido a la gravedad. En la tierra esto es aproximadamente 9.8 metros por segundo cuadrado.
  • ρ = la densidad del fluido a través del cual el objeto está cayendo.
  • A = área de la sección del objeto ortogonal a la dirección del movimiento.
  • C = coeficiente de resistencia aerodinámica. Este número depende de la forma del objeto. Cuanto más delgada sea la forma, menor será el coeficiente. Puedes buscar aquí algunos coeficientes aproximados

Método 2

Encuentra la fuerza de la gravedad
1
Encuentra la masa del objeto que cae. Esto se debe medir en gramos o kilogramos, en el sistema métrico.
  • Si usa el sistema imperial, recuerde que la libra no es realmente una unidad de masa, sino de fuerza. La unidad de masa en el sistema imperial es la masa en libra (lbm), esa masa que, bajo la acción de la fuerza gravitacional en la superficie de la tierra, sufriría una fuerza de 32 libras de fuerza (lbf). Por ejemplo, si una persona pesa 160 libras en la tierra, esa persona realmente siente una fuerza de 160 lbF, pero su masa es de 5 lbm.
  • 2
    Aprende a conocer la aceleración de la gravedad de la Tierra. Lo suficientemente cerca del suelo para cumplir con la resistencia del aire, esta aceleración es de 9,8 metros por segundo cuadrado o 32 pies por segundo cuadrado.
  • 3
    Calcule la gravedad hacia abajo. La fuerza con la que cae el objeto es igual a la masa del objeto para la aceleración debido a la gravedad: F = m * g. Este número, multiplicado por dos, va a la parte superior de la fórmula de velocidad terminal.
  • En el sistema imperial británico, esta es la fuerza de la libra del objeto, el número que comúnmente se llama "peso". Más específicamente, es la masa en lbm para 32 pies por segundo cuadrado. En el sistema métrico, la fuerza es la masa en gramos por 9.8 metros por segundo cuadrado.
  • Método 3

    Determine la fuerza de arrastre
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    Encuentra la densidad del vehículo. Para un objeto que cae a través de la atmósfera de la Tierra, la densidad varía según la altitud y la temperatura del aire. Esto hace que sea particularmente difícil calcular la velocidad terminal de un objeto que cae, ya que cambia la densidad del aire con la pérdida de la parte del objeto. Sin embargo, es posible buscar la densidad de aire aproximada en los libros de texto y otras referencias.
    • Como una guía aproximada, sepa que la densidad del aire a nivel del mar cuando la temperatura es de 15 ° C es de 1.225 kg / m3.
  • 2
    Haga una estimación del coeficiente de resistencia del objeto. Este número se basa en qué tan filiforme es el objeto. Desafortunadamente es un número muy complejo para calcular e implica ciertos supuestos científicos. No intente calcular el coeficiente de resistencia solo sin la ayuda de un túnel de viento. También necesitarás saber matemáticas que puedan describir y estudiar la aerodinámica. En su lugar, busque una aproximación basada en un objeto de forma similar.
  • 3
    Calcula el área ortogonal del objeto. La última variable que necesita saber es el área de sección que el objeto presenta al medio. Imagine la forma del objeto que cae cuando lo mira directamente desde abajo. Esta forma, proyectada en un avión, es la superficie ortogonalizada. Una vez más, es un valor difícil de calcular con objetos geométricos complejos, lejos de ser simple.
  • 4
    Imagine la resistencia que se opone a la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo. Si conoce la velocidad del objeto, pero no la fuerza de arrastre, puede usar la fórmula para calcular el último. Es válido: C * ρ * A * (v ^ 2) / 2.
  • consejos

    • La velocidad del terminal cambia ligeramente durante la caída libre. La gravedad aumenta muy poco cuando el objeto se acerca al centro de la tierra, pero la cantidad es insignificante. La densidad del medio aumentará proporcionalmente al descenso del objeto en el fluido. Este es un efecto mucho más obvio. Un paracaidista en realidad se ralentizará a medida que la caída progresa, ya que la atmósfera se vuelve más gruesa a medida que disminuye la altitud.
    • Sin un paracaídas abierto, un paracaidista debe caer al suelo a una velocidad de aproximadamente 130 millas por hora.
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