What is terminal velocity? How is it determined?
Passo 1
Beleza, o enunciado tá perguntando “O que é velocidade terminal? Como a gente encontra esse valor?”.
Conteúdo: Física (dinâmica de corpos em queda, forças de arrasto).
O que vamos precisar:
Conteúdo: Física (dinâmica de corpos em queda, forças de arrasto).
O que vamos precisar:
- Entender as forças que agem num objeto caindo (peso e arrasto)
- Saber a fórmula do arrasto em regime quadrático (quando a velocidade é grande)
- Montar o equilíbrio de forças e resolver pra velocidade
Passo 2
Quando um objeto cai num fluido (ar, por exemplo), rolam duas forças principais:
- Peso (para baixo):
2. Força de arrasto para cima (resistência do ar):
onde
–é o coeficiente de arrasto (depende da forma do objeto)
–é a densidade do ar
–é a área de “sombra” do objeto
–é a velocidade instantânea
Passo 3
Velocidade terminal é o ponto em que o objeto pára de acelerar, porque o peso para baixo se iguala ao arrasto para cima. Ou seja, a força resultante fica zero:
Passo 4
Agora basta isolar
:
- Passo a arrasto pro outro lado:
2) Multiplico por 2 e divido pelo resto:
- Extraio raiz quadrada:
Resposta
A velocidade terminal é aquela em que o peso do objeto se equilibra com a força de arrasto do fluido, de modo que a aceleração fica zero. Matematicamente, em regime quadrático,