La vitesse terminale décrit le point d'équilibre de la cinématique où la traînée atmosphérique sur un objet en chute devientégale et opposée à l'accélération due à la gravité. Ainsi, l'objet ne peut plus accélérer sans aide extérieure et a atteint sa vitesse la plus élevée possible dans ce milieu.
La traînée est fonction de l'aérodynamique de l'objet en question: un parapluie tomberait beaucoup plus lentement qu'un missile de même poids. Nous pouvons utiliser l'équation de vitesse terminale pourcalculer une vitesse d'objets à ce stade.
Déterminer le poids W de l'objet qui tombe. Pour ce faire, la méthode la plus simple consiste généralement à mesurer directement cette quantité.Vous pouvez également estimer le poids si vous connaissez les matériaux de construction et les dimensions.
Calculer la surface frontale UNE de l'objet qui tombe. La zone frontale est lazone apparente faisant face dans la direction de la chute. Vous pouvez déterminer cette zone en mesurant le contour de l'objet à partir de cette orientation.
Par exemple, si l'objet qui tombe était un cône,la pointe du cône serait dirigée directement vers le bas et la zone frontale semblerait être un cercle égal à la surface de la base circulaire du cône.
Déterminer la traînéecoefficient Cré de l'objet qui tombe. Vous pouvez généralement éviter de calculer vous-même le coefficient de traînée en recherchant une valeur approximative dans un livre de référence.ou sur Internet. Si vous avez besoin d'une valeur très précise, vous devriez consulter un ingénieur.
Déterminer la densité atmosphérique ρ du milieu à travers lequel l'objet va tomber.Si le milieu est l’air, sachez que la densité de l’air diminue avec l’altitude, ce qui signifie que la vitesse terminale de l’objet diminue à mesure qu’il se rapproche dele sol (où le gaz est plus dense et repousse plus fort, fournissant une puissance de freinage plus forte).
Ainsi, vous pouvez calculer la vitesse terminale à n'importe quelle altitude en utilisant des mathématiques simples,mais pour calculer le changement de vitesse terminale sur une chute longue distance, vous aurez besoin d'utiliser des calculs ou des approximations empiriques.
La densité de l'air change égalementavec la météo; il n'y a pas de valeur de densité uniforme pour une altitude donnée. Pour obtenir les mesures les plus précises de la densité de l’air, vous devez multiplier les valeurs de densité de l’air parconditions météorologiques locales compensées.
Les informations atmosphériques sont disponibles aux États-Unis auprès du National Weather Service, un service de la base de données nationale océanique et atmosphérique.Administration.
Pour toute altitude donnée, l'équation de vitesse terminale est la suivante:
Vt = 1/2
où W c'est le poids des objets, ρ est la densité du gaz, UNE est l'aire de la section transversale de l'objet, et Cré est le coefficient de traînée.
En clair, la vitesse terminale de l’objet est égale à la racine carrée dequotient du double du poids de l'objet par rapport au produit de la surface frontale de l'objet, de son coefficient de traînée et de la densité de gaz du support par lequel l'objet tombe.