Cómo calcular la velocidad terminal

¿Alguna vez se preguntó por qué los paracaidistas finalmente alcanzan una velocidad máxima al caer, a pesar de que la fuerza de la gravedad en el vacío hará que un objeto se acelere continuamente? Un objeto que cae alcanzará una velocidad constante cuando hay una fuerza de restricción, como un arrastre desde el aire. La fuerza aplicada por la gravedad cerca de un cuerpo masivo es mayormente constante, pero fuerzas como la resistencia del aire aumentan cuanto más rápido va el objeto que cae. Si se le permite caer libremente durante el tiempo suficiente, un objeto que cae alcanzará una velocidad en la que la fuerza del arrastre será igual a la fuerza de la gravedad, y los dos se cancelarán entre sí, lo que hará que el objeto caiga a la misma velocidad hasta que golpea el suelo. Esto se llama velocidad terminal.

Método 1 de 3: Resolviendo la velocidad terminal

  1. Imagen titulada Calcular la velocidad terminal Paso 1

    1 Use la fórmula de velocidad terminal, v = la raíz cuadrada de ((2 * m * g) / (ρ * A * C)). Reemplaza los siguientes valores en esa fórmula para resolver v, velocidad terminal.
    • m = masa del objeto que cae
    • g = la aceleración debida a la gravedad. En la Tierra, esto es aproximadamente de 9,8 metros por segundo.
    • ρ = la densidad del fluido por el que cae el objeto.
    • A = el área proyectada del objeto. Esto significa el área del objeto si lo proyectó en un plano que era perpendicular a la dirección en que se mueve el objeto.
    • C = el coeficiente de arrastre. Este número depende de la forma del objeto. Cuanto más estilizada sea la forma, menor será el coeficiente. Puede buscar algunos coeficientes de arrastre aproximados.


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Método 2 de 3: Encuentra la fuerza gravitacional

  1. Imagen titulada Calcular la velocidad terminal Paso 2

    1 Encuentra la masa del objeto que cae. Esto debe medirse en gramos o kilogramos, en el sistema métrico.
    • Si está utilizando el sistema imperial, recuerde que las libras no son en realidad una unidad de masa, sino de fuerza. La unidad de masa en el sistema imperial es la libra-masa (lbm), que bajo la fuerza gravitacional en la superficie de la tierra experimentaría una fuerza de 32 libras-fuerza (lbf). Por ejemplo, si una persona pesa 160 libras en la tierra, esa persona en realidad siente 160 lbf, pero su masa es de 5 lbm.
  2. Imagen titulada Calcular la velocidad terminal Paso 3

    2 Conoce la aceleración debida a la gravedad de la Tierra. Lo suficientemente cerca de la tierra como para encontrar la resistencia del aire, esta aceleración es de 9,8 metros por segundo al cuadrado, o 32 pies por segundo al cuadrado.
  3. Imagen titulada Calcular la velocidad terminal Paso 4

    3 Calcula la fuerza de gravedad hacia abajo. La fuerza con la que se empuja hacia abajo el objeto que cae es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, o F = MA. Este número, multiplicado por dos, va en la parte superior de la fórmula de velocidad terminal.
    • En el sistema imperial, este es el lbf del objeto, el número que comúnmente se llama peso. Es más propiamente la masa en lbm por 32 pies por segundo al cuadrado. En el sistema métrico, la fuerza es la masa en gramos multiplicada por 9,8 metros por segundo al cuadrado.
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Método 3 de 3: Determine la fuerza de arrastre

  1. Imagen titulada Calculate Terminal Velocity Step 5

    1 Obtén la densidad del medio. Para un objeto que cae a través de la atmósfera de la Tierra, la densidad cambiará en función de la altitud y la temperatura del aire. Esto hace que el cálculo de la velocidad terminal de un objeto que cae sea especialmente difícil, ya que la densidad del aire cambiará a medida que el objeto pierda altitud. Sin embargo, puede buscar densidades de aire aproximadas en libros de texto y otras referencias.
    • Como una guía aproximada, la densidad del aire al nivel del mar cuando la temperatura es de 15 ° C es 1.225 kg / m3.
  2. Imagen titulada Calculate Terminal Velocity Step 6

    2 Estima el coeficiente de arrastre del objeto. Este número se basa en qué tan aerodinámico es el objeto. Desafortunadamente, es un número muy complejo de calcular e implica hacer ciertas suposiciones científicas. No intente calcular el coeficiente de arrastre usted mismo sin la ayuda de un túnel de viento y algunas matemáticas aerodinámicas serias. En su lugar, busque una aproximación basada en un objeto de forma similar.
  3. Imagen titulada Calculate Terminal Velocity Step 7

    3 Calcula el área proyectada del objeto. La última variable que necesita saber es el área de sección que presenta el objeto al medio. Imagínese la silueta del objeto que cae cuando mira hacia arriba directamente debajo de él. Esa forma, proyectada sobre un plano, es el área proyectada. Nuevamente, este es un valor difícil de calcular con cualquier cosa que no sean objetos geométricos simples.
  4. Imagen titulada Calculate Terminal Velocity Step 8

    4 Averigüe la fuerza de arrastre que se opone al tirón hacia abajo de la gravedad. Si conoce la velocidad del objeto, pero no la fuerza de arrastre, puede usar la fórmula para calcular la fuerza de arrastre. Esto es (C * ρ * A * (v ^ 2)) / 2. Anuncio

Preguntas y respuestas de la comunidad

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  • Pregunta ¿Qué rapidez es la velocidad terminal? Ben Halford Depende del peso, la forma y la densidad del aire. Por lo tanto, tiene una forma de calcularlo, ya que no es una constante.
  • Pregunta ¿Cómo encuentro la velocidad terminal con solo radio y masa? No puedes. Necesitas más información para resolver la ecuación.
  • Pregunta ¿Es la velocidad terminal en el espacio igual a la velocidad de la luz? Matt Pattok Cualquier cosa con masa requiere una fuerza infinita para alcanzar la velocidad de la luz, por lo que incluso en el vacío es imposible alcanzar la velocidad de la luz. Esto es realmente complicado, ya que la luz está compuesta de fotones, que son partículas sin masa. Debido a esta ley, la velocidad terminal en el vacío sería 99,999 ...% de la velocidad de la luz. Según la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, esto también provoca un viaje en el tiempo hacia el futuro, porque acercarse a la velocidad de la luz ralentiza el tiempo. Si pudieras viajar más rápido que la luz, la velocidad terminal sería completamente inexistente (seguirías acelerando). Básicamente, la velocidad terminal en el espacio es un poquito más lenta que la luz.
  • Pregunta ¿Cuál es el cambio en la cantidad de movimiento de un automóvil de 950 kg que viaja de 40 m / sa 31 m / s? El momento (kgm / s) es igual a la masa (kg) multiplicada por la velocidad (m / s). 950 kg * 40 m / s = 38000 kgm / s 950 kg * 31 m / s = 29450 kgm / s 29450 kgm / s - 38000 kgm / s = -8550 kgm / s
  • Pregunta ¿Cuál es la distancia requerida para que una masa de 100 kg en caída libre alcance la T.V.? Según la definición de caída libre, no hay resistencia del aire. Dado que la velocidad terminal se alcanza cuando la fuerza de la resistencia del aire = la fuerza de la gravedad, esta pregunta es una pregunta capciosa.
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  • Pregunta Si un objeto cae a una velocidad terminal y se aplica al objeto una fuerza externa con la misma dirección que la dirección de caída, ¿se lograría una nueva velocidad terminal? Estaría agregando masa y posiblemente alterando la resistencia. Debería volver a calcular la contabilidad de un 'objeto' diferente. Es posible que el objeto secundario se haya visto afectado por una menor densidad de aire debido a la estela del primer objeto. También es posible que el arrastre cambie drásticamente ya que el flujo de aire entre dos objetos es muy complicado. Vea que la aerodinámica como la F1 tiene que tener en cuenta los vórtices. Seguramente habrá algo de transferencia de energía en el momento del impacto, pero aún así volvería a su televisor dado el tiempo suficiente en el aire.
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Consejos

  • En realidad, la velocidad terminal cambiará ligeramente durante la caída libre. La gravedad aumenta ligeramente a medida que el objeto se acerca al centro de la Tierra, pero la cantidad es insignificante. La densidad del medio aumentará a medida que el objeto se adentre más en el medio. Este es un efecto mucho más notable. Un paracaidista en realidad reducirá la velocidad a medida que avanza la caída porque la atmósfera se vuelve cada vez más densa a medida que desciende la altitud.
  • Sin un paracaídas abierto, un paracaidista golpearía el suelo a unas 130 mph (210 km / h).

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