Hur man beräknar terminalhastighet

Någonsin undra varför skydivers så småningom når en maximal hastighet när du faller, även om tyngdkraften i ett vakuum kommer att orsaka ett föremål att kontinuerligt accelerera? Ett fallande föremål kommer att nå en konstant hastighet när det finns en fasthållningskraft, till exempel drag från luften. Kraften som tillämpas av gravitation nära en massiv kropp är mestadels konstant, men krafter som luftmotstånd ökar det snabbare det fallande objektet går. Om det är tillåtet att frigöra så länge, kommer ett fallande föremål att nå en hastighet där dragkraften kommer att bli lika med tyngdkraften, och de två kommer att avbryta varandra, vilket gör att objektet faller vid samma hastighet tills det är träffar marken. Detta kallas terminalhastighet.

Steg

Metod 1 av 3:
Lösning för terminalhastighet
  1. Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 1
1. Använd terminalhastighetsformeln, v = kvadratroten av ((2 * m * g) / (ρ * a * c)). Anslut följande värden till den formeln för att lösa V, Terminalhastighet.
  • m = massa av det fallande objektet
  • g = accelerationen på grund av tyngdkraften. På jorden är det ungefär 9.8 meter per sekund.
  • ρ = vätskans densitet som objektet faller igenom.
  • A = det projicerade området för objektet. Det betyder objektets område om du projicerade det på ett plan som var vinkelrätt mot den riktning som objektet rör sig.
  • C = dragkoefficienten. Detta nummer beror på objektets form. Ju mer strömlinjeformade formen, desto lägre är koefficienten. Du kan titta upp några ungefärliga dragkoefficienter.
Metod 2 av 3:
Hitta gravitationskraften
  1. Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 2
1. Hitta massan av det fallande objektet. Detta bör mätas i gram eller kilo, i det metriska systemet.
  • Om du använder det kejserliga systemet, kom ihåg att pund inte är en massa, men av våld. Massenheten i det kejserliga systemet är pundmassan (LBM), som under gravitationskraften på jordens yta skulle uppleva en kraft av 32 pundskraft (LBF). Till exempel, om en person väger 160 pund på jorden, känner den personen faktiskt 160 lbf, men deras massa är 5 lbm.
  • Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 3
    2. Känna till accelerationen på grund av gravitationen av jorden. Nära till jorden för att stöta på luftmotståndet är denna acceleration 9.8 meter per sekund kvadrerad, eller 32 fot per sekund kvadrerad.
  • Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 4
    3. Beräkna den nedåtgående tyngdkraften. Den kraft med vilken det fallande objektet dras ner är lika med objektets massider acceleration på grund av tyngdkraften, eller f = ma. Detta nummer multiplicerat med två, går i toppen av terminalhastighetsformeln.
  • I det kejserliga systemet är det här objektets LBF, det antal som vanligtvis kallas vikt. Det är mer ordentligt massan i LBM gånger 32 fot per sekund kvadrerad. I det metriska systemet är kraften massan i gram gånger 9.8 meter per sekund kvadrerad.
    • Metod 3 av 3:
    Bestämma dragkraften
    1. Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 5
    1. Få densiteten hos mediet. För ett objekt som faller genom jordens atmosfär, kommer densiteten att byta baserat på höjden och luftens temperatur. Detta gör det möjligt att beräkna terminalhastigheten hos ett fallande föremål, särskilt svårt, eftersom densiteten hos luften kommer att förändras när objektet förlorar höjd. Du kan dock titta upp ungefärliga luftdensiteter i läroböcker och andra referenser.
    • Som en grov guide är densiteten av luften vid havsnivån när temperaturen är 15 ° C 1.225 kg / m3.
  • Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 6
    2. Uppskatta dragkoefficienten för objektet. Detta nummer är baserat på hur effektiviserat objektet är. Tyvärr är det ett mycket komplext tal att beräkna, och innebär att vissa vetenskapliga antaganden görs. Försök inte att beräkna dragkoefficienten själv utan hjälp av en vindtunnel och lite seriös aerodynamisk matematik. Titta istället upp en approximation baserat på ett liknande format objekt.
  • Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 7
    3. Beräkna objektets projicerade område. Den sista variabeln du behöver veta är sektionsområdet presenteras av objektet till mediet. Imaginethe silhouette av det fallande objektet ser när man tittar upp från direkt under det. Den formen, projicerad på ett plan, är det projicerade området. Återigen är detta ett svårt värde att beräkna med allt annat än enkla geometriska föremål.
  • Bild med titeln Beräkna terminalhastighet Steg 8
    4. Ta reda på dragkraften som motsätter sig den nedåtgående tyngdkraften. Om du känner till objektets hastighet, men inte dragkraften, kan du använda formeln för att beräkna dragkraften. Detta är (c * ρ * a * (v ^ 2)) / 2.

    • Video

    Genom att använda den här tjänsten kan viss information delas med YouTube.

    Tips

    Terminalhastigheten förändras faktiskt något under det fria fallet. Gravity går upp något eftersom objektet kommer närmare jordens mitt, men mängden är försumbar. Densiteten hos mediet kommer att stiga när objektet blir djupare in i mediet. Detta är en mycket mer märkbar effekt. En skydiver kommer faktiskt att sakta ner som fallet fortsätter eftersom atmosfären blir allt tjockt som höjddroppar.
  • Utan en öppen fallskärm, skulle en skydiver slå marken på ca 130 mph (210 km / h).
    • Dela på det sociala nätverket:
    Liknande