La velocità terminale descrive il punto di equilibrio nella cinematica in cui la resistenza atmosferica su un oggetto in caduta diventa uguale e opposta all'accelerazione dovuta alla gravità. Pertanto, l'oggetto non può accelerare ulteriormente senza assistenza esterna e ha raggiunto la massima velocità possibile in quel mezzo.
Il trascinamento è una funzione dell'aerodinamica dell'oggetto in questione: un ombrello cadrebbe molto più lentamente di un missile dello stesso peso. Possiamo usare l'equazione della velocità terminale per calcolare la velocità di un oggetto in questo punto.
Determina il pesoWdell'oggetto in caduta. Il modo più semplice per farlo è di solito misurare direttamente questa quantità. Puoi anche stimare il peso se conosci i materiali di costruzione e le dimensioni.
Calcola l'area frontaleUNdell'oggetto in caduta. L'area frontale è l'area apparente rivolta nella direzione di caduta. È possibile determinare quest'area misurando il contorno dell'oggetto da quell'orientamento.
Ad esempio, se l'oggetto che cade fosse un cono, la punta del cono punterebbe dritta verso il basso e l'area frontale sembrerebbe un cerchio uguale all'area della base circolare del cono.
Determinare il coefficiente di resistenzaCd dell'oggetto in caduta. Di solito puoi evitare di dover calcolare tu stesso il coefficiente di resistenza cercando un valore approssimativo in un libro di riferimento o su Internet. Se hai bisogno di un valore molto preciso, dovresti consultare un ingegnere.
Determinare la densità atmosfericaρ del mezzo attraverso il quale l'oggetto cadrà. Se il mezzo è l'aria, allora dovresti sapere che la densità dell'aria diminuisce con l'altitudine, il che significa che il terminale dell'oggetto la velocità diminuirà man mano che si avvicina al suolo (dove il gas è più denso e spinge indietro più forte, fornendo una frenata più forte energia).
Quindi puoi calcolare la velocità terminale a qualsiasi altitudine usando semplici calcoli matematici, ma per calcolare il cambiamento nella velocità terminale su una caduta a lunga distanza, richiederai l'uso del calcolo o empirico approssimazioni.
Anche la densità dell'aria cambia con il tempo; non esiste un valore di densità uniforme per una data altitudine. Per ottenere le misurazioni più accurate della densità dell'aria, sarà necessario moltiplicare i valori medi della densità dell'aria per gli offset delle condizioni meteorologiche locali.
Le informazioni atmosferiche sono disponibili negli Stati Uniti dal National Weather Service, un servizio della National Oceanic and Atmospheric Administration.
doveWè il peso dell'oggetto,ρè la densità del gas,UNè l'area della sezione trasversale dell'oggetto, eCd è il coefficiente di resistenza.
In parole povere, la velocità terminale dell'oggetto è uguale alla radice quadrata del quoziente del doppio del peso dell'oggetto su il prodotto dell'area frontale dell'oggetto, il suo coefficiente di resistenza e la densità del gas del mezzo attraverso il quale l'oggetto è caduta.