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En el sistema métrico, la fuerza es la masa (en gramos) multiplicada por 9,8 metros por segundo al cuadrado. 
Determinar la velocidad terminal de un objeto
Contenido
¿Alguna vez se preguntó por qué los paracaidistas alcanzan la velocidad máxima mientras caen, a pesar de que se supone que la gravedad en el vacío mantiene al objeto acelerando continuamente?? Un objeto que cae alcanzará una velocidad constante cuando una fuerza de frenado actúe sobre él, como la resistencia del aire. La gravedad cerca de un cuerpo masivo suele ser constante, pero fuerzas como la resistencia del aire aumentan cuanto más rápido va el objeto. Si un objeto puede caer el tiempo suficiente, alcanzará una velocidad en la que la fuerza de resistencia se vuelve igual a la de la gravedad, lo que hace que las dos se anulen entre sí y mantengan el objeto a la misma velocidad hasta que toque el suelo. Esto se llama la velocidad terminal.
Pasos
Método 1 de 3: resolver la velocidad terminal
1. Use la fórmula de velocidad terminal, también llamada v = la raíz cuadrada de ((2*m*g)/(ρ*A*C)). Aplica los siguientes valores a la fórmula para resolver v, la velocidad terminal.
- m = masa del objeto que cae
- g = la aceleración de la gravedad. En la Tierra esto es alrededor de 9,8 metros por segundo por segundo.
- ρ = la densidad del líquido a través del cual cae el objeto.
- A = el área proyectada del objeto. Esta es la superficie del objeto cuando se proyecta en un plano plano que es perpendicular a la dirección en la que se mueve el objeto.
- C = el coeficiente de arrastre. Este número depende de la forma del objeto. Cuanto más aerodinámica sea la forma, menor será el coeficiente. Puede utilizar diferentes enfoques para los coeficientes de arrastre aquí para buscar.
Método 2 de 3: determinar la fuerza gravitacional
1. Determinar la masa del objeto que cae. Esta debe medirse en gramos o kilogramos, según el sistema métrico.
- Recuerda que el kilogramo no es una unidad de peso, sino de masa. El peso de un objeto es igual a la fuerza gravitacional ejercida sobre la masa del objeto. Bajo la influencia de la fuerza gravitatoria en la superficie terrestre, una masa de 1 kg experimenta una fuerza de 9,8 Newton. Por ejemplo, si una persona en la Tierra pesa 80 kilogramos, entonces su masa es de 80 kilogramos pero experimenta una fuerza de 784 N (el peso del objeto).
2. Aprende la aceleración debida a la gravedad de la Tierra. Lo suficientemente cerca de la Tierra como para verse afectado por la resistencia del aire, esta aceleración es de 9,8 metros por segundo al cuadrado.
3. Calcular la atracción hacia abajo de la gravedad. La fuerza con la que el objeto que cae es jalado hacia abajo es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración gravitatoria, o F = MA. Este número multiplicado por 2, viene en la parte superior de la fórmula para la velocidad terminal.
Método 3 de 3: determinar la fuerza de arrastre
1. Determina la densidad del medio. Para un objeto que cae a través de la atmósfera terrestre, su densidad cambiará dependiendo de la altitud y la temperatura del aire. Esto hace que calcular la velocidad terminal de un objeto que cae sea particularmente difícil, ya que la densidad del aire cambiará a medida que el objeto pierda altura. Pero puede buscar aproximaciones de las diferentes densidades del aire en libros de texto y otros libros de referencia.
- La densidad del aire al nivel del mar a una temperatura de 15 °C es 1.225kg/m3.
2. Estimar el coeficiente de arrastre del objeto. Este número se basa en qué tan aerodinámico es el objeto. Desafortunadamente, este es un número muy complejo de calcular y requiere ciertas suposiciones científicas. No tiene sentido calcular el coeficiente de arrastre sin la ayuda de un túnel de viento y cálculos aerodinámicos serios. Busque una aproximación para objetos con formas similares en su lugar.
3. Calcular el área proyectada del objeto. La última variable que necesita es la parte del área representada por el objeto en el medio. Imagine la silueta del objeto que cae cuando lo ve parado directamente debajo de él. Esa forma, proyectada en un plano, es el área proyectada. Nuevamente, este es un valor difícil de calcular si el objeto es más complejo que una forma geométrica básica.
4. Averigüe cuál es la fuerza de resistencia contra la gravedad hacia abajo. Si conoce la velocidad del objeto pero no la fuerza de arrastre, puede usar la fórmula para calcularla. Esto es (C*ρ*A*(v^2))/2.
Consejos
- La velocidad terminal en realidad cambiará ligeramente durante la caída libre. La gravedad aumenta ligeramente a medida que el objeto se acerca al centro de la Tierra, pero esto es insignificante. La densidad del medio aumentará a medida que el objeto descienda más. Este efecto es mucho más notorio. Un paracaidista disminuirá la velocidad si la caída continúa, ya que la atmósfera se vuelve más densa a medida que disminuye la altitud.
- Sin un paracaídas abierto, un paracaidista golpeará el suelo a una velocidad de aproximadamente 210 km/h.
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