science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe Terminal Velocity

te berekenen

"Terminal velocity" beschrijft het evenwichtspunt in kinematica waar atmosferische weerstand op een voorwerp dat door een gasvormig medium (meestal de lucht) valt, gelijk wordt en tegengesteld aan de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. Het object kan dus niet verder accelereren zonder hulp van buitenaf en heeft zijn hoogst mogelijke snelheid in dat medium bereikt. Slepen is een functie van de aerodynamica van het object in kwestie: een paraplu valt veel langzamer dan een raket van hetzelfde gewicht.

Bepaal het gewicht van het vallende voorwerp. De eenvoudigste manier om dit te doen is meestal om deze hoeveelheid direct te meten. U kunt ook een schatting maken van het gewicht als u de bouwmaterialen en afmetingen kent.

Bereken het frontgebied van het vallende object. Het frontale gebied is het schijnbare gebied dat in de richting van de valrichting is gericht. U kunt dit gebied bepalen door de omtrek van het object vanuit die richting te meten. Als het vallende voorwerp bijvoorbeeld een kegel was, zou de punt van de kegel recht naar beneden wijzen en zou het voorste gebied een cirkel lijken gelijk aan het gebied van de cirkelvormige basis van de kegel.

Bepaal de luchtweerstandscoëfficiënt van het vallende object. U kunt meestal voorkomen dat u de luchtweerstandscoëfficiënt zelf moet berekenen door een geschatte waarde op te zoeken in een naslagwerk of op internet. Als u een zeer nauwkeurige waarde nodig hebt, dient u een ingenieur te raadplegen.

Bepaal de gasdichtheid van het medium waardoor het object valt. Als het medium de lucht is, moet u weten dat de luchtdichtheid afneemt met de hoogte, wat betekent dat de eindsnelheid van het object zal afnemen naarmate het dichter bij de grond komt (waar het gas dichter is en harder terug duwt, waardoor het sterkere remvermogen wordt geleverd) . U kunt dus de eindsnelheid op elke hoogte berekenen met behulp van eenvoudige wiskunde, maar om de verandering in de eindsnelheid over een langeafstandsval te berekenen, hebt u het gebruik van calculus of empirische benaderingen nodig. Luchtdichtheid verandert ook met het weer; er is geen uniforme dichtheidswaarde voor een gegeven hoogte. Voor de meest nauwkeurige metingen van de luchtdichtheid moet u de gemiddelde luchtdichtheidswaarden vermenigvuldigen met lokale weersomstandigheden. Atmosferische informatie is beschikbaar in de Verenigde Staten van de National Weather Service, een dienst van de National Oceanic and Atmospheric Administration.

Bereken eindsnelheid op een gegeven hoogte met deze vergelijking: Terminal V = sqrt ((2 x ( Objectgewicht)) /((frontale gebied) x (Coeff slepen.) X (gasdichtheid))).

In gewone taal is de eindsnelheid van het object gelijk aan de vierkantswortel van het quotiënt van tweemaal het gewicht van het object over het product van het frontale gebied van het object, de luchtweerstandscoëfficiënt en de gasdichtheid van het medium waardoor het object valt.