Брзина терминала и слободни пад

Терминална брзина и слободни пад два су сродна концепта која имају тенденцију да постану збуњујућа јер зависе од тога да ли је тело у празном простору или у течности (нпр. атмосфера или чак воде). Погледајте дефиниције и једначине појмова, како су повезане и колико брзо тело пада у слободном паду или при крајњој брзини под различитим условима.

Терминална брзина је дефинисана као највећа брзина која се може постићи објектом који пада кроз флуид, попут ваздуха или воде. Када се достигне крајња брзина, сила сила доле једнака је зброју објекта пловност и вучна сила. Објект на крајњој брзини има нулу нето убрзање.

Постоје две посебно корисне једначине за проналажење терминалне брзине. Прва је за крајњу брзину без узимања у обзир узгона:

В_т = (2мг / ρАЦ)_д)^1/2

где:

• В_т је крајња брзина
• м је маса објекта који пада
• г је убрзање захваљујући гравитацији
• Ц_д је коефицијент поврата
• ρ је густина течности кроз коју објект пада
• А је површина попречног пресека коју пројицира објект

Нарочито је код течности важно водити рачуна о пловности објекта. Архимедов принцип користи се за рачунање помака запремине (В) масе. Једнаџба тада постаје:

В_т = [2 (м - ρВ) г / ρАЦ_д]^1/2

Свакодневна употреба термина "слободни пад" није исто што и научна дефиниција. У уобичајеној употреби, падобрански падобранац се сматра слободним падом након постизања терминалне брзине без падобрана. У ствари, тежина падобранског летача је подржана ваздушним јастуком.

Слободни пад дефинисан је или према невтоновској (класичној) физици, или у смислу општа релативност. У класичној механици, слободни пад описује кретање тела када је једина сила која делује на њега гравитација. Смјер кретања (горе, доле итд.) Није битан. Ако је гравитационо поље једнолико, делује подједнако на све делове тела, чинећи га "без тежине" или доживљава "0 г". Иако се може чинити чудним, предмет може бити у слободном паду чак и када се креће према горе или на врху кретања. Једрилица која скаче изван атмосфере (попут ХАЛО скока) готово постиже праву терминалну брзину и слободни пад.

Уопштено, све док је отпор ваздуха занемарив у односу на тежину предмета, може се постићи слободан пад. Примери укључују:

• Свемирска летелица у свемиру без активираног погонског система
• Предмет бачен према горе
• Предмет који је пао са капне куле или у цев за капање
• Особа која скаче горе

Насупрот томе, предмети не у слободни пад укључују:

• Летећа птица
• Летећа летјелица (зато што крила пружају подизање)
• Коришћењем падобрана (јер противи гравитацији повлачењем и у неким случајевима може довести до подизања)
• Једрилица која не користи падобран (јер је сила вучења једнака његовој тежини у терминалној брзини)

У општој релативности, слободни пад је дефинисан као кретање тела дуж геодезике, а гравитација је описана као закривљеност простора и времена.

Ако неки објект падне на површину планете и сила гравитације је много већа од силе ваздуха Отпор или је његова брзина много мања од крајње брзине, вертикална брзина слободног пада може бити приближно:

в_т = гт + в₀

где:

• в_т је вертикална брзина у метрима у секунди
• в₀ је почетна брзина (м / с)
• г је убрзање захваљујући гравитацији (око 9,81 м / с)² близу Земље)
• т је протекло време

Будући да брзина терминала зависи од повлачења и пресека објекта, не постоји ни једна брзина за терминалну брзину. Уопште, особа која падне ваздухом на Земљу достиже терминалну брзину након отприлике 12 секунди, што покрива око 450 метара или 1500 стопа.

Једрилица у положају трбух-земља достиже крајњу брзину од око 195 км / х (54 м / с или 121 мпх). Ако падобран повуче у руке и ноге, његов пресек се смањује, повећавајући терминалну брзину на око 320 км / х (90 м / с или нешто мање од 200 мпх). То је отприлике исто колико и крајња брзина постигнута роњењем соколова за плијен или за метак који пада након што је пао или испаљен према горе. Светску рекордну брзину терминала поставио је Фелик Баумгартнер, који је скочио са 39 000 метара и достигао крајњу брзину од 134 км / х (834 мпх).

• Хуанг, Јиан. "Брзина падобранског скакача (брзина терминала)". Тхе Пхисицс Фацтбоок. Гленн Елерт, Мидвоод Хигх Сцхоол, Брооклин Цоллеге, 1999.
• Америчка служба за рибе и дивље животиње. "Све о соколу перегрине. "20. децембар 2007.
• Балиста. "Меци на небу". В. Скуаре Ентерприсес, 9826 Сагедале, Хјустон, Тексас 77089, март 2001.