Você já se perguntou por que os paraquedistas atingem uma velocidade máxima ao cair, embora a força da gravidade no vácuo faça com que um objeto acelere continuamente? Um objeto em queda atingirá uma velocidade constante quando houver uma força restritiva, como o arrasto do ar. A força aplicada pela gravidade perto de um corpo massivo é principalmente constante, mas forças como a resistência do ar aumentam quanto mais rápido o objeto em queda vai. Se cair em queda livre por tempo suficiente, um objeto em queda atingirá uma velocidade em que a força do arrasto se tornará igual à força da gravidade, e os dois se cancelarão, fazendo com que o objeto caia na mesma velocidade até que atinge o chão. Isso é chamado de velocidade terminal.
Degraus
Método 1 de 3: Resolvendo para velocidade terminal
- 1 Use a fórmula de velocidade terminal, v = a raiz quadrada de ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Insira os seguintes valores nessa fórmula para resolver para v, velocidade terminal.
- m = massa do objeto em queda
- g = a aceleração da gravidade. Na Terra, isso é aproximadamente 9,8 metros por segundo.
- ρ = a densidade do fluido pelo qual o objeto está caindo.
- A = a área projetada do objeto. Isso significa a área do objeto se você o projetou em um plano perpendicular à direção em que o objeto está se movendo.
- C = o coeficiente de arrasto. Esse número depende da forma do objeto. Quanto mais simplificada for a forma, menor será o coeficiente. Você pode procurar alguns coeficientes de arrasto aproximados.
Método 2 de 3: Encontre a força gravitacional
- 1 Encontre a massa do objeto em queda. Deve ser medido em gramas ou quilogramas, no sistema métrico.
- Se você estiver usando o sistema imperial, lembre-se de que libras não é realmente uma unidade de massa, mas de força. A unidade de massa no sistema imperial é a libra-massa (lbm), que sob a força gravitacional na superfície da Terra experimentaria uma força de 32 libras-força (lbf). Por exemplo, se uma pessoa pesa 160 libras na Terra, essa pessoa está realmente sentindo 160 lbf, mas sua massa é de 5 libras.
- 2 Conheça a aceleração devido à gravidade da Terra. Perto o suficiente da terra para encontrar resistência do ar, essa aceleração é de 9,8 metros por segundo ao quadrado, ou 32 pés por segundo ao quadrado.
- 3 Calcule a força da gravidade para baixo. A força com que o objeto em queda está sendo puxado para baixo é igual à massa do objeto vezes a aceleração da gravidade, ou F = MA. Este número, multiplicado por dois, vai no topo da fórmula da velocidade terminal.
- No sistema imperial, esse é o lbf do objeto, o número comumente chamado de peso. É mais apropriadamente a massa em lbm vezes 32 pés por segundo ao quadrado. No sistema métrico, a força é a massa em gramas vezes 9,8 metros por segundo ao quadrado.
Método 3 de 3: Determine a força de arrasto
- 1 Obtenha a densidade do meio. Para um objeto caindo na atmosfera da Terra, a densidade vai mudar com base na altitude e na temperatura do ar. Isso torna o cálculo da velocidade terminal de um objeto em queda especialmente difícil, pois a densidade do ar muda à medida que o objeto perde altitude. No entanto, você pode procurar densidades de ar aproximadas em livros e outras referências.
- Como um guia aproximado, a densidade do ar ao nível do mar quando a temperatura é de 15 ° C é de 1,225 kg / m3.
- 2 Estime o coeficiente de arrasto do objeto. Este número é baseado em como o objeto é simplificado. Infelizmente, é um número muito complexo de calcular e envolve fazer certas suposições científicas. Não tente calcular o coeficiente de arrasto sozinho sem a ajuda de um túnel de vento e alguma matemática aerodinâmica séria. Em vez disso, procure uma aproximação baseada em um objeto de formato semelhante.
- 3 Calcule a área projetada do objeto. A última variável que você precisa saber é a área seccional apresentada pelo objeto ao meio. Imagine a silhueta do objeto em queda vendo quando você olha diretamente abaixo dele. Essa forma, projetada em um plano, é a área projetada. Novamente, este é um valor difícil de calcular com qualquer coisa, exceto objetos geométricos simples.
- 4 Descubra a força de arrasto que se opõe à atração da gravidade para baixo. Se você conhece a velocidade do objeto, mas não a força de arrasto, pode usar a fórmula para calcular a força de arrasto. Isso é (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2. Propaganda
Comunidade Q&A
Procurar Adicionar nova pergunta- Questão Se a queda está caindo livremente com a velocidade terminal, o que acontecerá? Ele continuará a cair naquela velocidade sem acelerar até atingir algo.
- Pergunta O que é base jumping? B.A.S.E é um acrônimo para Edifícios, Antenas, Vãos e Terra. O BASE jumping é um esporte radical no qual você salta dessas várias formas e lança um pequeno pára-quedas.
- Pergunta Qual é a velocidade terminal? Ben Halford Depende do peso, formato e densidade do ar. Portanto, você tem uma maneira de calculá-lo, pois não é uma constante.
- Pergunta Como encontro a velocidade terminal apenas com raio e massa? Você não pode. Você precisa de mais informações para resolver a equação.
- Pergunta A velocidade terminal no espaço é igual à velocidade da luz? Matt Pattok Qualquer coisa com massa requer força infinita para atingir a velocidade da luz, então mesmo no vácuo é impossível atingir a velocidade da luz. Isso é realmente complicado, pois a luz é composta de fótons, que são partículas sem massa. Devido a esta lei, a velocidade terminal no vácuo seria 99,999 ...% da velocidade da luz. De acordo com a Teoria da Relatividade Especial de Einstein, isso também causa viagens no tempo para o futuro, porque a aproximação da velocidade da luz diminui o tempo. Se você pudesse viajar mais rápido do que a luz, a velocidade terminal seria completamente inexistente (você continuaria acelerando). Basicamente, a velocidade terminal no espaço é apenas um pouquinho infinitamente mais lenta que a luz.
- Questão Qual é a mudança no momentum de um carro de 950 kg que viaja de 40 m / sa 31 m / s? Momentum (kgm / s) é igual à massa (kg) vezes a velocidade (m / s). 950kg * 40m / s = 38000kgm / s 950kg * 31m / s = 29450kgm / s 29450kgm / s - 38000kgm / s = -8550kgm / s
- Pergunta Qual é a distância necessária para que uma massa de 100 kg em queda livre alcance a T.V.? Pela definição de queda livre, não há resistência do ar. Como a velocidade terminal é alcançada quando a força da resistência do ar = a força da gravidade, esta questão é uma pegadinha.
- Pergunta Como posso determinar a velocidade final do objeto flutuante como um pequeno barco? A velocidade terminal se refere à velocidade de equilíbrio quando um objeto cai por um meio. O barco não tem velocidade em relação ao meio mais relevante, a água. Se o barco estivesse afundando, ele poderia obter uma velocidade terminal, caso em que se aplica a discussão acima.
- Pergunta Como calculo a velocidade que um pára-quedista está caindo depois de atingir a velocidade terminal usando o tempo após atingir a velocidade terminal e a distância percorrida após atingir a velocidade terminal? Se um pára-quedista alcançou a TV, ele não está mais acelerando para baixo. Se você souber o tempo que ele caiu desde que atingiu a TV e a distância diminuiu, então sua T.V. = dist / tempo. Isso se deve ao fato do componente de aceleração ser zero (por estar na velocidade terminal).
- Pergunta Se um objeto está caindo em velocidade terminal e uma força externa com a mesma direção da direção de queda é aplicada ao objeto, uma nova velocidade terminal seria alcançada? Você estaria adicionando massa e possivelmente alterando o arrasto. Você precisaria recalcular a contabilidade para um 'objeto' diferente. É possível que o objeto secundário tenha sido afetado por uma densidade de ar mais baixa devido ao rastro do primeiro objeto. Também é possível que o arrasto mude drasticamente, pois o fluxo de ar entre dois objetos é muito complicado. Veja aerodinâmica como F1 tendo que levar em conta vórtices. Certamente haverá alguma transferência de energia no impacto, mas ainda assim ele retornará à sua TV se houver tempo suficiente ainda no ar.
- Podemos calcular a velocidade terminal quando dados o valor do comprimento, massa, resistência e densidade de fluxo? Responda
- E se eu tiver apenas tempo, massa e distância, nenhuma densidade através da água ou área, ou força de arrasto? Responda
- Eu li que as 'bombas' de cimento e aço que os militares usam durante o treinamento causam um estrondo sônico em sua descida. Um objeto em queda pode quebrar a barreira do som? Responda
- Como calculo a força resultante no pára-quedista quando sua velocidade é de 5,5 m / s? Responda
- Existem diferentes velocidades terminais? Responda
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Dicas
- A velocidade terminal na verdade mudará ligeiramente durante a queda livre. A gravidade aumenta ligeiramente à medida que o objeto se aproxima do centro da Terra, mas a quantidade é desprezível. A densidade do meio aumentará conforme o objeto desce mais fundo no meio. Este é um efeito muito mais perceptível. Na verdade, um pára-quedista diminui a velocidade à medida que a queda avança, porque a atmosfera fica cada vez mais densa à medida que a altitude diminui.
- Sem um pára-quedas aberto, um pára-quedista atingiria o solo a cerca de 130 mph (210 km / h).
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