टर्मिनल वेग कैलकुलेटर

टर्मिनल वेग

टर्मिनल वेग निरंतर गति है कि एक स्वतंत्र रूप से गिरने वाली वस्तु अंततः तब पहुंचती है जब माध्यम का प्रतिरोध जिसके माध्यम से यह गिर रहा है, आगे बढ़ने से रोकता है। यह घटना गुरुत्वाकर्षण की नीचे की ओर बल और ऊपर की ओर प्रतिरोधी ताकतों जैसे ड्रैग या वायु प्रतिरोध के बीच संतुलन के कारण होती है।

टर्मिनल वेग के पीछे भौतिकी

जब कोई वस्तु हवा से गिरती है, तो दो प्राथमिक शक्तियां उस पर कार्य करती हैं:

• वजन बल (Fg): गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे की ओर बल, Fg = mg के रूप में गणना की जाती है, जहां मीटर द्रव्यमान और ग्राम गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है (9.81 m/s2)
• ड्रैग फोर्स (एफडी): ऊपर की ओर प्रतिरोधी बल जो ऑब्जेक्ट की गति पर निर्भर करता है, जिसे Fd = 1⁄2ρACdv2 के रूप में गणना की जाती है, जहां ρ वायु घनत्व है, A क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है, Cd ड्रैग गुणांक है, और v वेग वेग वेग है।

प्रारंभ में, एक वस्तु के रूप में गिरावट शुरू होती है, इसका वजन ड्रैग फोर्स से अधिक होता है, जिससे त्वरण होता है। हालांकि, जैसे ही वेग बढ़ता है, ड्रैग फोर्स भी बढ़ता है जब तक कि यह वजन बल के बराबर न हो। इस बिंदु पर, नेट फोर्स शून्य हो जाता है, और वस्तु एक स्थिर वेग पर गिरती रहती है - टर्मिनल वेग।

टर्मिनल वेग को प्रभावित करने वाले कारक

कई प्रमुख कारक एक वस्तु के टर्मिनल वेग को प्रभावित करते हैं:

1. मास और वजन

भारी वस्तुओं में आम तौर पर उच्च टर्मिनल वेग होता है। चूंकि द्रव्यमान बढ़ता है, वजन बल समान रूप से बढ़ जाता है, इसलिए संतुलन प्राप्त करने के लिए अधिक ड्रैग फोर्स (और इस तरह उच्च वेग) की आवश्यकता होती है।

2. क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र

क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र गति की दिशा में लंबवत टर्मिनल वेग को काफी प्रभावित करता है। एक बड़ा क्षेत्र अधिक हवा प्रतिरोध और एक कम टर्मिनल वेग में परिणाम है। यह बताता है कि एक स्काइडाइवर अपने प्रभावी क्षेत्र को बढ़ाने के लिए अपने हथियारों और पैरों को फैलाकर अपनी गिरने की गति को कम क्यों कर सकता है।

3. खींचें गुणांक

ड्रैग गुणांक किसी वस्तु के आकार की वायुगतिकीय दक्षता का प्रतिनिधित्व करता है। सुव्यवस्थित आकृतियों (कम ड्रैग गुणांक) के साथ वस्तुएं कम वायु प्रतिरोध का अनुभव करती हैं और इस प्रकार अनियमित आकार और उच्च ड्रैग गुणांक वाले वस्तुओं की तुलना में उच्च टर्मिनल वेग।

4. द्रव घनत्व

टर्मिनल वेग लगभग तरल घनत्व के वर्ग जड़ के बराबर है। घने तरल पदार्थ (जैसे हवा की तुलना में पानी), वस्तुएं अपने टर्मिनल वेग को अधिक तेज़ी से पहुंचती हैं और टर्मिनल वेग कम होता है। यह बताता है कि क्यों वस्तुएं हवा की तुलना में पानी में धीरे-धीरे गिरती हैं।

विभिन्न परिदृश्यों में टर्मिनल वेग

स्काइडाइव

एक बेल्ली-टू-पृथ्वी स्थिति में एक विशिष्ट स्काइडाइवर (एयर रेसिस्टेंस को अधिकतम करने) में लगभग 195 km/h (54 m/s) का टर्मिनल वेग है। बॉडी पोजीशन को हेड-डाउन डाइव (एयर रेसिस्टेंस को छोटा करके) में बदलकर, वही स्काइडाइवर 320 किमी/h (90 मीटर/s) तक की गति तक पहुंच सकता है।

लघु वस्तुएं और स्टोक्स कानून

बहुत छोटी वस्तुओं जैसे धूल कण या छोटी बूंदों के लिए, ड्रैग फोर्स वेग वर्ग के बजाय वेग के बराबर है। इस संबंध को स्टोक्स के कानून द्वारा वर्णित किया गया है:

जहां λ तरल चिपचिपाहट है, r कण की त्रिज्या है, और v वेग है। यह छोटे वस्तुओं के लिए बहुत कम टर्मिनल वेग में परिणाम करता है, यह बताता है कि धूल के कण लंबे समय तक हवा में निलंबित क्यों रह सकते हैं।

रेन

रेनड्रॉप आमतौर पर बड़े रेनड्रॉप के लिए 9 m/s के लिए छोटे drizzle बूंदों के लिए 2 m/s के बीच टर्मिनल वेग तक पहुंचते हैं। उनका टर्मिनल वेग उनके आकार और प्रवृत्ति से सीमित है जो वायु प्रतिरोध को बढ़ाने के कारण उच्च गति से अलग होने या तोड़ने की प्रवृत्ति है।

अनुप्रयोग और प्रभाव

टर्मिनल वेग को समझना कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं:

• पैराशूट और एयर ब्रेक का डिजाइन
• वायुगतिकीय वाहनों का विकास
• मौसम विज्ञान और वर्षा विश्लेषण
• गिरने वाली वस्तुओं के लिए सुरक्षा इंजीनियरिंग
• भूविज्ञान और रसायन विज्ञान में अवसादन प्रक्रियाएं

इंजीनियरिंग प्रयोजनों के लिए, वस्तुओं के टर्मिनल वेग की गणना सुरक्षा उपकरणों को डिजाइन करने, गिरने वाली वस्तुओं के व्यवहार की भविष्यवाणी करने और वाहनों और खेल उपकरणों की वायुगतिकी को अनुकूलित करने में महत्वपूर्ण है।

टर्मिनल वेग एक वस्तु द्वारा प्राप्त अधिकतम वेग है क्योंकि यह तरल पदार्थ (इस मामले में हवा) के माध्यम से गिर जाता है।

टर्मिनल वेग की गणना करने के लिए, इन चरणों का पालन करें:

1. 1
   वस्तु के द्रव्यमान को मापें
2. 2
   क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र का निर्धारण करें
3. 3
   ऑब्जेक्ट के आकार के लिए ड्रैग गुणांक का पता लगाएं
4. 4
   टर्मिनल वेग की गणना करने के लिए सूत्र का उपयोग करें

विभिन्न आकारों के लिए आम खींचें गुणांक:

• क्षेत्र: 0.47
• परिपत्र फ्लैट प्लेट: 1.17
• सुव्यवस्थित शरीर: 0.04
• क्यूब: 1.05