Viteza terminalului și căderea liberă

Viteza terminalului și căderea liberă sunt două concepte corelate care tind să devină confuze, deoarece depind de faptul că un corp se află sau nu într-un spațiu gol sau într-un fluid (de exemplu, și atmosferă sau chiar apă). Aruncați o privire la definițiile și ecuațiile termenilor, modul în care acestea sunt înrudite și cât de rapid cade un corp în cădere liberă sau la viteza terminală în diferite condiții.

Definiția vitezei terminale

Viteza terminală este definită ca cea mai mare viteză care poate fi atinsă de un obiect care cade printr-un fluid, cum ar fi aerul sau apa. Atunci când este atinsă viteza terminală, forța descendentă a gravitației este egală cu suma flotabilității obiectului și a forței de tracțiune. Un obiect al unei viteze terminale are o accelerație netă zero.

Ecuația de viteză a terminalului

Există două ecuații deosebit de utile pentru găsirea vitezei terminale. Primul este pentru viteza terminalului fără a ține cont de flotabilitate:

V_T = (2mg / ρAC_d)^1/2

Unde:

• V_T este viteza terminalului
• m este masa obiectului care cade
• g este accelerația datorată gravitației
• C_d este coeficientul de tracțiune
• ρ este densitatea fluidului prin care cade obiectul
• A este zona transversală proiectată de obiect

În special în lichide, este important să ținem cont de flotabilitatea obiectului. Principiul lui Arhimede este folosit pentru a ține cont de deplasarea volumului (V) de către masă. Ecuația devine apoi:

V_T = [2 (m - ρV) g / ρAC_d]^1/2

Definiție de cădere liberă

Utilizarea de zi cu zi a termenului „cădere liberă” nu este aceeași cu definiția științifică. În uz obișnuit, un scafandru cer este considerat a fi în cădere liberă la atingerea vitezei terminale fără o parașută. În realitate, greutatea scafandrului cerului este susținută de o pernă de aer.

Căderea liberă este definită fie în conformitate cu fizica newtoniană (clasică), fie în termeni de relativitate generală. În mecanica clasică, căderea liberă descrie mișcarea unui corp atunci când singura forță care acționează asupra lui este gravitația. Direcția mișcării (în sus, în jos etc.) este lipsită de importanță. Dacă câmpul gravitațional este uniform, acționează în mod egal asupra tuturor părților corpului, făcându-l „fără greutate” sau experimentând „0 g”. Deși poate părea ciudat, un obiect poate fi în cădere liberă chiar și atunci când se deplasează în sus sau în vârful mișcării sale. Un parașut care sări din afara atmosferei (ca un salt HALO) atinge aproape adevărata viteză terminală și căderea liberă.

În general, atât timp cât rezistența la aer este neglijabilă în ceea ce privește greutatea unui obiect, poate obține cădere liberă. Exemplele includ:

• O navă spațială în spațiu fără un sistem de propulsie angajat
• Un obiect aruncat în sus
• Un obiect a căzut dintr-un turn de picătură sau într-un tub de picătură
• O persoană care sări în sus

În schimb, obiectele nu în cădere liberă includ

• O pasăre zburătoare
• O aeronavă zburătoare (pentru că aripile oferă ridicare)
• Utilizarea unei parașute (pentru că contracarează gravitația cu tracțiune și, în unele cazuri, poate oferi ridicare)
• Un parașutist care nu folosește o parașută (deoarece forța de tracțiune este egală cu greutatea lui la viteza terminală)

În relativitate generală, căderea liberă este definită ca mișcarea unui corp de-a lungul unei geodezice, cu gravitația descrisă ca curbura spațiu-timp..