如何计算终点速度(calculate terminal velocity)

有没有想过,尽管真空中的引力会使物体不断加速,但为什么跳伞运动员在下落时最终会达到一个最大速度?当有一个限制性的力量,如来自空气的阻力时,一个下落的物体将达到一个恒定的速度。重力作用在一个大体量物体附近的力大多是恒定的,但是像空气阻力这样的力会使下落物体的速度越快。如果允许自由落体足够长的时间,一个下落的物体将达到一个速度,在这个速度下,阻力的力量将与重力的力量相等,两者将相互抵消,导致物体以同样...

方法1 方法1之3:求解终点速度

  1. 1使用终点速度公式,v=((2*m*g)/(ρ*A*C))的平方根。将下列数值插入该公式,求出v,即终点速度。 m = 下落物体的质量g = 重力加速度。在地球上,这大约是每秒9.8米。ρ = 物体下落时的流体密度。A = 物体的投影面积。这意味着如果你把物体投射到一个垂直于物体运动方向的平面上,物体的面积。这个数字取决于物体的形状。形状越流线型,系数就越低。你可以查一下一些近似的阻力系数。
  2. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 1

方法2方法2的3:找到引力

  1. 1找出下落物体的质量。在公制系统中,应以克或公斤为单位进行测量。如果你使用的是英制,请记住,磅实际上不是质量的单位,而是力的单位。英制的质量单位是磅-质量(lbm),在地球表面的引力作用下,会有32磅-力(lbf)的作用。例如,如果一个人在地球上的体重是160磅,那么这个人实际感受到的是160磅力,但其质量是5磅米。
  2. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 2
  3. 2知道由于地球的重力而产生的加速度。离地球足够近,遇到空气阻力,这个加速度是每秒9.8米的平方,或每秒32英尺的平方。
  4. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 3
  5. 3计算重力向下的拉力。下降物体被拉下来的力等于物体的质量乘以重力加速度,或F=MA。这个数字乘以2,就进入了终点速度公式的顶部。在英制体系中,这就是物体的磅数,也就是通常所说的重量。更正确的说法是质量(磅)乘以32英尺/秒的平方。在公制系统中,这个力是以克为单位的质量乘以每秒9.8米的平方。
  6. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 4

方法3 方法3:确定拖力

  1. 1获得介质的密度。对于一个在地球大气层中下落的物体来说,其密度将根据高度和空气的温度而变化。这使得计算一个下落物体的终点速度特别困难,因为空气的密度会随着物体的高度降低而改变。然而,你可以在教科书和其他参考资料中查到大致的空气密度。作为一个粗略的指导,当温度为15℃时,海平面的空气密度为1.225公斤/立方米。
  2. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 5
  3. 2估计该物体的阻力系数。这个数字是基于物体的流线型程度。不幸的是,这是一个非常复杂的计算数字,并涉及到某些科学假设。如果没有风洞和一些严肃的空气动力学数学的帮助,不要试图自己计算阻力系数。相反,可以根据一个类似形状的物体查找一个近似值。
  4. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 6
  5. 3计算物体的投影面积。你需要知道的最后一个变量是物体呈现给介质的截面面积。想象一下,当从正下方往上看时,所看到的坠落物体的轮廓。这个形状,投射到一个平面上,就是投射面积。同样,除了简单的几何物体外,这也是一个很难计算的数值。
  6. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 7
  7. 4算出与重力向下的拉力相对立的拖力。如果你知道物体的速度,但不知道拖力,你可以用公式来计算拖力。这就是(C*ρ*A*(v^2))/2。
  8. Image titled Calculate Terminal Velocity Step 8
  • 如果没有开放的降落伞,跳伞者将以大约130英里/小时(210公里/小时)的速度撞击地面。
  • 在自由落体过程中,终点速度实际上会有轻微的变化。当物体越来越接近地球中心时,重力会略微上升,但其量可以忽略不计。介质的密度将随着物体在介质中的深度下降而上升。这是一个更明显的效果。一个跳伞者实际上会随着下落的进行而减慢速度,因为随着高度的下降,大气层变得越来越厚。
  • 发表于 2022-03-11 15:40
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  • 分类:教育

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