ターミナル速度計算機

ターミナル速度の理解

末端の速度は落下する媒体の抵抗が落ちるとき自由に落下目的が最終的に達する一定した速度ですそれ以上の加速を防ぎます。 この現象は、重力の下方力と、ドラッグや空気抵抗などの上方抵抗力のバランスにより起こります。

ターミナルVelocityの背後にある物理学

オブジェクトが空気を抜けると、2つの主力がその時に作用します。

• 重量力(Fg): 重力による下方力、Fg =mgとして計算され、mは質量とgは重力による加速である(9.81 m/s2)
• ドラッグフォース(Fd): オブジェクトの速度に依存する上方抵抗力, Fd = 1⁄2ρACdv2 として計算, 空気密度である, A は断面面積である, Cd はドラッグ係数である, v は速度である

当初は、オブジェクトが落ち始めたので、その重量は、加速を引き起こし、ドラッグパワーを上回ります。 しかし、速度が上がるにつれて、重力が均等になるまでドラッグフォースも増加します。 この時点で、純力はゼロになり、オブジェクトは一定速度で落ち続けます。

要因 影響するターミナル 速度

オブジェクトのターミナル速度に影響するいくつかの重要な要因:

1。 質量と重量

Heavierの目的は一般により高い末端のvelocitiesを持っています。 質量が増加するにつれて、重力は比例して増加し、より大きなドラッグ力(そして、より高い速度)を要求して平衡を達成します。

2. クロスセクショナル エリア

運動の方向に垂直方向の断面面積は、端末速度に著しく影響します。 より多くの空気抵抗およびより低い末端の速度でより大きい区域の結果。 腕や脚を広げて、その効果を上げることで、スカイダイバーが落下速度を低下させることができる理由を説明します。

3。 衝突係数

ドラッグ係数は、オブジェクトの形状の空力効率を表します。 合理化された形状(低いドラッグ係数)を持つオブジェクトは、空気抵抗を少なくし、不規則な形状や高ドラッグ係数のオブジェクトと比較して、より高い端子の静脈を経験します。

4。 流体密度

末端の速度は流動密度の正方形の根に反比例しています。 デンザー流体(空気と比較して水のように)では、オブジェクトは端末速度をより迅速に達し、端末速度が低下します。 空気よりも水で体がゆっくり落ちる理由を説明します。

別のシナリオのターミナル速度

スカイダイビング

腹から耳までの位置(空気抵抗の最大化)の典型的なスカイダイバーは、約195キロ/ h(54 m/s)の端子速度を持っています。 ボディポジションをヘッドダウンダイブ(空気抵抗を最小限に抑える)に変えることで、同じスカイダイバーが最大320 km/h(90 m/s)の速度に達することができます。

小さなオブジェクトとStokesの法

ほこりの粒子や小滴のような非常に小さなオブジェクトのために、ドラッグフォースは速度ではなく速度に比例しています。 この関係は、Stokesの法律によって記述されています:

ηが流体粘度である場合、rは粒子の半径であり、vは速度です。 この結果は、小さなオブジェクトのためのはるかに低いターミナルの静脈で、ほこりの粒子が長時間空気中に中断される可能性があることを説明しています。

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雨滴は、通常、2 m /秒間のターミナルの車両に到達し、小雨滴は9 m /秒に大きい雨滴のためにドロップします。 ターミナル速度は、空気抵抗を増加させることにより、より高い速度で変形したり、分解したりする傾向によって制限されます。

アプリケーションとインプリケーション

末端の速度を理解することは多数の実用的な適用があります:

• パラシュートとエアブレーキの設計
• 航空車両の開発
• 気象と降水解析
• 落下物体の安全工学
• 地質学および化学の沈殿物プロセス

エンジニアリング目的のために、オブジェクトのターミナル速度を計算することは、安全機器の設計、落下オブジェクトの動作を予測し、車両やスポーツ機器の航空力学の最適化に不可欠です。

ターミナル速度は、流体(この場合の空気)によって落ちるので、オブジェクトによって達成可能な最大速度です。

ターミナル速度を計算するには、次の手順に従ってください。

1. 1
   オブジェクトの質量を測定する
2. 2
   断面面積を決定する
3. 3
   オブジェクトの形状のドラッグ係数を見つける
4. 4
   ターミナル速度を計算する方式を使用して下さい

異なる形状の一般的なドラッグ係数:

• 球:0.47
• 円の平らな版: 1.17
• 合理化されたボディ: 0.04
• 立方体: 1.05