Конечная скорость описывает точку равновесия в кинематике, когда атмосферное сопротивление падающему объекту становится равным и противоположным ускорению свободного падения. Таким образом, объект не может ускоряться дальше без посторонней помощи и достиг максимальной скорости в этой среде.
Сопротивление - это функция аэродинамики рассматриваемого объекта: зонт падал бы намного медленнее, чем ракета того же веса. Мы можем использовать уравнение конечной скорости для вычисления скорости объекта в этой точке.
Определить весWпадающего объекта. Самый простой способ сделать это, как правило, - напрямую измерить это количество. Вы также можете оценить вес, зная строительные материалы и размеры.
Рассчитываем лобную площадьАпадающего объекта. Фронтальная область - это видимая область, обращенная в направлении падения. Вы можете определить эту область, измерив контур объекта с этой ориентации.
Например, если бы падающий объект был конусом, кончик конуса был бы направлен прямо вниз, и фронтальная область выглядела бы как круг, равный площади круглого основания конуса.
Определить коэффициент лобового сопротивленияCd падающего объекта. Обычно вы можете избежать расчета коэффициента лобового сопротивления самостоятельно, посмотрев приблизительное значение в справочнике или в Интернете. Если вам нужно очень точное значение, вам следует проконсультироваться с инженером.
Определите плотность атмосферыρ среды, через которую будет падать объект. Если средой является воздух, то вы должны знать, что плотность воздуха уменьшается с высотой, а это означает, что конечная точка объекта скорость будет уменьшаться по мере приближения к земле (где газ плотнее и сильнее отталкивается, обеспечивая более сильное торможение мощность).
Таким образом, вы можете рассчитать предельную скорость на любой высоте, используя простую математику, но для расчета изменения в предельной скорости при падении на большое расстояние вам потребуется использование расчетов или эмпирических данных. приближения.
Плотность воздуха также меняется в зависимости от погоды; для данной высоты не существует однородного значения плотности. Чтобы получить наиболее точные измерения плотности воздуха, вам нужно будет умножить средние значения плотности воздуха на поправки местных погодных условий.
Информация об атмосфере доступна в Соединенных Штатах из Национальной службы погоды, службы Национального управления океанических и атмосферных исследований.
гдеWis - вес объекта,ρ- плотность газа,А- площадь поперечного сечения объекта, аCd - коэффициент лобового сопротивления.
Говоря простым языком, конечная скорость объекта равна квадратному корню из отношения удвоенного веса объекта к произведение площади лобовой части объекта, его коэффициента сопротивления и плотности газа среды, через которую проходит объект. падение.