La velocità terminale descrive il punto di equilibrio in cinematica in cui la resistenza atmosferica su un oggetto che cade diventa uguale e opposta all'accelerazione dovuta alla gravità. Pertanto, l'oggetto non può accelerare ulteriormente senza assistenza esterna e ha raggiunto la sua massima velocità possibile in quel mezzo.
Il trascinamento è una funzione dell'aerodinamica dell'oggetto in questione: un ombrello cadrà molto più lentamente di un missile dello stesso peso. Possiamo usare l'equazione della velocità terminale per calcolare la velocità di un oggetto in questo punto.
Determina il peso W dell'oggetto che cade. Il modo più semplice per farlo è di solito misurare direttamente questa quantità. Puoi anche stimare il peso se conosci i materiali di costruzione e le dimensioni.
Calcola l'area frontale UN dell'oggetto che cade. L'area frontale è l'area apparente rivolta nella direzione della caduta. È possibile determinare quest'area misurando il contorno dell'oggetto da quell'orientamento.
Ad esempio, se l'oggetto che cade fosse un cono, la punta del cono sarebbe puntata verso il basso e l'area frontale sembrerebbe essere un cerchio uguale all'area della base circolare del cono.
Determina il coefficiente di resistenza Cd dell'oggetto che cade. Di solito è possibile evitare di dover calcolare da soli il coefficiente di resistenza cercando un valore approssimativo in un libro di consultazione o su Internet. Se hai bisogno di un valore estremamente preciso, dovresti consultare un ingegnere.
Determinare la densità atmosferica ρ del mezzo attraverso il quale l'oggetto cadrà. Se il mezzo è l'aria, allora dovresti sapere che la densità dell'aria diminuisce con l'altitudine, il che significa che la velocità terminale degli oggetti diminuirà man mano che si avvicina al suolo (dove il gas è più denso e spinge indietro più forte, fornendo una forza frenante più forte) .
Pertanto, è possibile calcolare la velocità terminale a qualsiasi altitudine utilizzando una semplice matematica, ma per calcolare la variazione della velocità terminale su una caduta a lunga distanza, sarà necessario l'uso di calcoli o approssimazioni empiriche.
La densità dell'aria cambia anche con il tempo; non esiste un valore di densità uniforme per una determinata altitudine. Per ottenere le misurazioni più accurate della densità dell'aria, è necessario moltiplicare i valori medi della densità dell'aria per gli offset delle condizioni meteorologiche locali.
Informazioni atmosferiche sono disponibili negli Stati Uniti dal National Weather Service, un servizio della National Oceanic and Atmospher Administration.
Per ogni data altitudine, l'equazione della velocità terminale è:
Vt = 1/2
dove W è il peso degli oggetti, ρ è la densità del gas, UN è l'area della sezione trasversale dell'oggetto e Cd è il coefficiente di resistenza.
In parole povere, la velocità terminale dell'oggetto è uguale alla radice quadrata del quoziente del doppio del peso degli oggetti sul prodotto dell'area frontale degli oggetti, il suo coefficiente di resistenza e la densità del gas del mezzo attraverso il quale l'oggetto sta cadendo .