Como Calcular a Velocidade Terminal

Já pensou por que os skydivers atingem uma velocidade máxima ao cair, mesmo que a força da gravidade no vácuo cause uma aceleração contínua de um objeto em questão? Um objeto em queda alcançará uma velocidade constante quando houver uma força restritiva, como o atrito do ar. A força aplicada pela gravidade próxima a um corpo massivo é majoritariamente constante, mas forças como a resistência do ar aumentarão conforme a aceleração do objeto. Se ficar em queda livre por tempo suficiente, um objeto alcançará uma velocidade na qual a força do arraste se tornará igual à força da gravidade e ambos se cancelarão um ao outro, fazendo com que o objeto caia à mesma velocidade até que atinja o solo. Isso é chamado “velocidade terminal”, e você aprenderá a calculá-la abaixo.

Método 1

Método 1 de 3:

Resolvendo a velocidade terminal

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Use a fórmula da velocidade terminal, v = √[(2mg)/(ρAC)]. Insira os seguintes valores na fórmula para descobrir v, ou a velocidade terminal.^{[1]XFonte de pesquisa}
- m = massa do objeto em queda.
- g = aceleração devida à gravidade (aproximadamente 9,8 m/s² na Terra).
- ρ = densidade do fluido no qual o objeto está caindo.
- A = área projetada do objeto (isso significa que a área do objeto se houvesse sido projetada sobre um avião perpendicular à direção de movimento do objeto).
- C = coeficiente de atrito (este número depende do objeto, pois, quanto mais estreito e liso o objeto, menor o atrito).
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Método 2

Método 2 de 3:

Encontrando a força gravitacional

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Encontre a massa do objeto em queda. Ela deve ser medida em gramas ou quilogramas no sistema métrico.
- A unidade de massa no sistema métrico é o quilograma-força (kgf).
Estando suficientemente próximo à Terra para se encontrar resistência do ar, essa aceleração tem o valor de 9,8 m/s².
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Calcule a força da gravidade para baixo. A força com a qual o objeto em queda está sendo puxado para baixo é igual à massa vezes a aceleração devido à gravidade, ou F = ma. Esse número, multiplicado por dois, vai para o topo da fórmula da velocidade terminal.
- No sistema métrico, a força é representada pela massa em gramas vezes 9,8 m/s².
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Método 3

Método 3 de 3:

Determinando a força de atrito

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Obtenha a densidade do meio. Para um objeto que cai pela atmosfera terrestre, a densidade mudará de acordo com a altitude e a temperatura do ar. Isso torna o cálculo da velocidade terminal de um objeto em queda especialmente difícil, uma vez que a densidade do ar mudará conforme a perda de altitude. No entanto, é possível pesquisar densidades de ar aproximadas em livros didáticos ou outros materiais de referência.^{[2]XFonte de pesquisa}
- Grosso modo, a densidade do ar ao nível do mar a uma temperatura de 15 °C é de 1,225 kg/m³.
Esse número é baseado em quão esguio o objeto é. Infelizmente, esse é um número muito complexo para ser computado e envolverá certas estipulações científicas. Não tente calcular o coeficiente de atrito por conta própria sem a ajuda de um túnel de vento e muita matemática aerodinâmica. Ou, ainda, pesquise uma aproximação baseada em um objeto de forma similar.^{[3]XFonte de pesquisa}
A última variável que você deve saber é a área seccional apresentada pelo objeto ao meio. Imagine a silhueta do objeto em queda de uma visão superior e estando abaixo dele. Essa forma, projetada em um avião, é a área projetada. Novamente, é um valor difícil de calcular com nada mais do que simples objetos geométricos.
Se você sabe a velocidade do objeto, mas não a força de atrito, poderá usar a fórmula para calcular a força de atrito, ou seja, [CρA(v²)]/2.
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Dicas

Sem um paraquedas aberto, um skydiver alcançaria o solo a aproximadamente 210 km/h.
A velocidade terminal será levemente alterada durante a queda livre. A gravidade ligeiramente aumenta à medida que o objeto se aproxima do centro da Terra, mas a quantidade é insignificante. A densidade do meio aumentará à medida que o objeto se aprofunda no meio, o que é um efeito muito mais notável. Um skydiver, na verdade, perderá velocidade ao longo da queda pelo fato de a atmosfera se tornar constantemente mais espessa à medida que a altitude decai.