Calculadora de Velocidad Terminal
Calcula la velocidad terminal y parámetros relacionados para objetos que caen a través del aire
La velocidad terminal es la velocidad constante que alcanza un objeto al caer a través de un fluido (como el aire) cuando la fuerza de arrastre iguala a la fuerza gravitatoria. En este punto:
- La fuerza neta sobre el objeto se vuelve cero
- La aceleración se detiene
- El objeto continúa cayendo a velocidad constante
Comprender la velocidad terminal es crucial en varias aplicaciones, desde la meteorología hasta la ciencia del deporte y la ingeniería.
Propiedades del Objeto
- Masa y peso
- Área transversal
- Forma (afecta al coeficiente de arrastre)
- Textura de la superficie
Condiciones Ambientales
- Densidad del aire (varía con la altitud)
- Temperatura
- Humedad
- Presión atmosférica
Propiedades del Fluido
- Viscosidad
- Número de Reynolds
- Régimen de flujo (laminar o turbulento)
Ecuación de Velocidad Terminal
v_t = √((2mg)/(ρAC_d))
Donde:
- v_t = Velocidad terminal
- m = Masa del objeto
- g = Aceleración debido a la gravedad
- ρ = Densidad del aire
- A = Área transversal
- C_d = Coeficiente de arrastre
Fuerza de Arrastre
F_d = ½ρv²AC_d
En la velocidad terminal, esto iguala al peso (mg)
Número de Reynolds
Re = (ρvL)/μ
Donde:
- ρ = Densidad del fluido
- v = Velocidad
- L = Longitud característica
- μ = Viscosidad dinámica
Ejemplo 1: Paracaidista
- Masa: 75 kg
- Área transversal: 0,7 m²
- Coeficiente de arrastre: 1,0 (posición extendida)
- Altitud: 3000 m
- Velocidad terminal: ~56 m/s
Ejemplo 2: Gota de Lluvia
- Masa: 0,1 g
- Área transversal: 12,6 mm²
- Coeficiente de arrastre: 0,47 (esfera)
- Altitud: 1000 m
- Velocidad terminal: ~9 m/s
¿Cómo afecta la altitud a la velocidad terminal?
A medida que aumenta la altitud, la densidad del aire disminuye, resultando en menor fuerza de arrastre y mayor velocidad terminal. Por esto los paracaidistas caen más rápido a mayores altitudes.
¿Por qué los objetos más pesados no siempre caen más rápido?
La velocidad terminal depende de la relación entre el peso y la fuerza de arrastre. Mientras que el peso aumenta con la masa, la fuerza de arrastre depende de la forma y el tamaño. Una mayor área superficial puede compensar el efecto de una mayor masa.
¿Cuál es la importancia del número de Reynolds?
El número de Reynolds indica el régimen de flujo (laminar o turbulento) alrededor del objeto, lo que afecta al coeficiente de arrastre. Números de Reynolds más altos típicamente indican flujo turbulento y pueden cambiar cómo se mueve el aire alrededor del objeto.