La velocidad terminal describe el punto de equilibrio en cinemática donde el arrastre atmosférico sobre un objeto que cae se vuelve igual y opuesto a la aceleración debida a la gravedad. Por lo tanto, el objeto no puede acelerar más sin ayuda externa y ha alcanzado su máxima velocidad posible en ese medio.
El arrastre es una función de la aerodinámica del objeto en cuestión: un paraguas caería mucho más lentamente que un misil del mismo peso. Podemos usar la ecuación de velocidad terminal para calcular la rapidez de un objeto en este punto.
Determina el pesoWdel objeto que cae. La forma más sencilla de hacer esto suele ser medir esta cantidad directamente. También puede estimar el peso si conoce los materiales de construcción y las dimensiones.
Calcula el área frontalAdel objeto que cae. El área frontal es el área aparente que mira en la dirección de caída. Puede determinar esta área midiendo el contorno del objeto desde esa orientación.
Por ejemplo, si el objeto que cae fuera un cono, la punta del cono apuntaría directamente hacia abajo y el área frontal parecería ser un círculo igual al área de la base circular del cono.
Determinar el coeficiente de arrastreCD del objeto que cae. Por lo general, puede evitar tener que calcular el coeficiente de arrastre usted mismo buscando un valor aproximado en un libro de referencia o en Internet. Si necesita un valor muy preciso, debe consultar con un ingeniero.
Determinar la densidad atmosféricaρ del medio a través del cual caerá el objeto. Si el medio es el aire, entonces debe saber que la densidad del aire disminuye con la altitud, lo que significa que la terminal del objeto La velocidad disminuirá a medida que se acerque al suelo (donde el gas es más denso y empuja con más fuerza, proporcionando un frenado más fuerte energía).
Por lo tanto, puede calcular la velocidad terminal a cualquier altitud utilizando matemáticas simples, pero para calcular el cambio en la velocidad terminal sobre una caída de larga distancia, necesitará el uso de cálculo o empírico aproximaciones.
La densidad del aire también cambia con el clima; no existe un valor de densidad uniforme para una altitud determinada. Para obtener las mediciones más precisas de la densidad del aire, deberá multiplicar los valores promedio de la densidad del aire por las compensaciones de las condiciones climáticas locales.
La información atmosférica está disponible en los Estados Unidos a través del Servicio Meteorológico Nacional, un servicio de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.
dóndeWes el peso del objeto,ρes la densidad del gas,Aes el área de la sección transversal del objeto, yCD es el coeficiente de arrastre.
En un lenguaje sencillo, la velocidad terminal del objeto es igual a la raíz cuadrada del cociente del doble del peso del objeto sobre el producto del área frontal del objeto, su coeficiente de arrastre y la densidad del gas del medio a través del cual el objeto es descendente.