La vitesse terminale décrit le point d'équilibre en cinématique où la traînée atmosphérique sur un objet en chute devient égale et opposée à l'accélération due à la gravité. Ainsi, l'objet ne peut pas accélérer davantage sans aide extérieure et a atteint sa vitesse la plus élevée possible dans ce milieu.
La traînée est fonction de l'aérodynamique de l'objet en question: un parapluie tomberait beaucoup plus lentement qu'un missile de même poids. Nous pouvons utiliser l'équation de vitesse terminale pour calculer la vitesse d'un objet à ce stade.
Déterminer le poidsWde l'objet qui tombe. La façon la plus simple de le faire est généralement de mesurer cette quantité directement. Vous pouvez également estimer le poids si vous connaissez les matériaux de construction et les dimensions.
Calculer l'aire frontaleUNEde l'objet qui tombe. La zone frontale est la zone apparente tournée dans le sens de la chute. Vous pouvez déterminer cette zone en mesurant le contour de l'objet à partir de cette orientation.
Par exemple, si l'objet tombant était un cône, la pointe du cône pointerait vers le bas et la zone frontale semblerait être un cercle égal à la surface de la base circulaire du cône.
Déterminer le coefficient de traînéeCré de l'objet qui tombe. Vous pouvez généralement éviter d'avoir à calculer vous-même le coefficient de traînée en recherchant une valeur approximative dans un ouvrage de référence ou sur Internet. Si vous avez besoin d'une valeur très précise, vous devriez consulter un ingénieur.
Déterminer la densité atmosphériqueρ du milieu à travers lequel l'objet va tomber. Si le support est l'air, sachez que la densité de l'air diminue avec l'altitude, ce qui signifie que le terminal de l'objet la vitesse diminuera à mesure qu'il se rapproche du sol (où le gaz est plus dense et repousse plus fort, fournissant un freinage plus fort Puissance).
Ainsi, vous pouvez calculer la vitesse terminale à n'importe quelle altitude en utilisant des mathématiques simples, mais pour calculer le changement dans la vitesse terminale sur une chute longue distance, vous aurez besoin de l'utilisation de calculs ou empiriques approximations.
La densité de l'air change également avec le temps; il n'y a pas de valeur de densité uniforme pour une altitude donnée. Pour obtenir les mesures les plus précises de la densité de l'air, vous devrez multiplier les valeurs moyennes de la densité de l'air par les décalages des conditions météorologiques locales.
Les informations atmosphériques sont disponibles aux États-Unis auprès du National Weather Service, un service de la National Oceanic and Atmospheric Administration.
oùWest le poids de l'objet,ρest la densité du gaz,UNEest la section transversale de l'objet, etCré est le coefficient de traînée.
En clair, la vitesse terminale de l'objet est égale à la racine carrée du quotient de deux fois le poids de l'objet sur le produit de la surface frontale de l'objet, son coefficient de traînée et la densité de gaz du milieu à travers lequel l'objet est chute.
