Terminal hızı

Terminal hızı, bir nesnenin bir akışkanın içinde düşerken ulaşabileceği maksimum hızdır. Sürükleme kuvveti (Fd) ve kaldırma kuvvetinin toplamı, nesneye etki eden aşağı doğru yerçekimi kuvvetine (FG) eşit olduğunda bu hıza ulaşılmaktadır. Cisim üzerindeki net kuvvet sıfır olduğundan, cismin ivmesi sıfırdır.

Bir nesnenin hızı arttıkça, içinden geçtiği maddeye (örneğin hava veya su) bağlı olan, üzerine etki eden sürükleme kuvveti de artmaktadır. Belirli bir hızda, direnç veya direnç kuvveti, nesne üzerindeki yerçekimi kuvvetine eşit olmaktadır. Bu noktada nesne ivmelenmeyi durdurmaktadır. Ayrıca, terminal hız (yerleşme hızı da denir) olarak adlandırılan sabit bir hızda düşmeye devam etmektedir. Son hızdan daha hızlı olarak aşağı doğru hareket eden bir nesne (örneğin aşağı doğru fırlatıldığı, atmosferin daha ince bir bölümünden düştüğü veya şekil değiştirdiği için) son hıza ulaşana kadar yavaşlamaktadır. Sürükleme, yansıtılan alana, burada nesnenin yatay bir düzlemde kesitine veya siluetine bağlıdır. Paraşüt gibi kütlesine göre büyük bir projeksiyon alanına sahip bir nesne, bir dart gibi kütlesine göre küçük bir projeksiyon alanına sahip olandan daha düşük bir son hıza sahiptir. Genel olarak, aynı şekil ve malzeme için, bir nesnenin son hızı boyutla birlikte artmaktadır. Bunun nedeni, aşağı doğru kuvvetin (ağırlık) doğrusal boyutun küpüyle orantılı olmasıdır. Ancak hava direncinin yalnızca doğrusal boyutun karesi olarak artan enine kesit alanıyla yaklaşık olarak orantılı olmasıdır. Toz ve sis gibi çok küçük nesneler için, son hız, yere ulaşmalarını engelleyen konveksiyon akımları tarafından kolayca aşılmaktadır. Bu nedenle havada belirsiz süreler boyunca asılı kalmaktadırlar. Hava kirliliği ve sis, konveksiyon akımlarına örnektir.

Paraşütçü bacaklarını yukarı çekerse daha yüksek hızlara ulaşılabilmektedir (ayrıca bkz. serbest uçuş). Bu durumda, son hız yaklaşık 320 km/sa (200 mph veya 90 m/s) değerine yükselmektedir. Bu, neredeyse avına dalış yapan gökdoğanın son hızıdır. Tipik için aynı terminal hızına ulaşılmaktadır. 1920 ABD Ordusu Mühimmat çalışmasına göre, 30-60 mermisi yukarı doğru ateşlendikten veya bir kuleden düşürüldükten sonra yere dönerken bu hızla aşağı düşüyor.

Rekabet hızında paraşütçüler baş aşağı konumda uçmaktadırlar. Ayrıca, 530 km/sa (330 mph; 150 m/s) hızlara ulaşabilmektedirler. Şu anki rekor, 128.100 fit (39.000 m) yükseklikten atlayarak 13.576 km/sa'ya (8.400 mph; 3.800 m/s) ulaşan Felix Baumgartner'a aittir. Dünya yüzeyinden çok daha düşüktür, bu nedenle düşük bir sürükleme kuvveti oluşturmaktadır.

Çevreleyen sıvı tarafından nesne üzerindeki yukarı doğru kuvvet nedeniyle kaldırma etkileri, Arşimet ilkesi kullanılarak dikkate alınabilir: m kütlesi, yer değiştiren akışkan kütlesi pV tarafından azaltılmalıdır. V nesnenin hacmidir. Bu nedenle, bu ve sonraki formüllerde m yerine azaltılmış kütle kullanılmaktadır.

Hava yoğunluğu, irtifa azaldıkça, 80 metrede (260 ft) yaklaşık %1 oranında artmaktadır. Atmosferden düşen nesneler için her 160 metrelik (520 ft) düşüş için terminal hızı %1 azalmaktadır. Lokal terminal hıza ulaştıktan sonra düşüş devam ederken hız yerel terminal hız ile değişmek üzere azalmaktadır.

Sürünen akış sonuçları, okyanus tabanına yakın tortuların çökelmesini ve atmosferdeki nem düşüşlerini incelemek için uygulanabilir. İlke, örneğin yağ, parafin, katran vb. gibi yüksek viskoziteli sıvıların viskozitesini ölçmek için kullanılan deneysel bir cihaz olan düşen küre viskozimetresinde de uygulanmaktadır.

(1) denkleminde cismin sıvıdan daha yoğun olduğu varsayılmaktadır. Değilse, cisim yerçekimine karşı yukarı doğru hareket edeceğinden, sürükleme kuvvetinin işareti negatif yapılmalıdır. Örnekler, bir şampanya bardağının dibinde oluşan kabarcıklar ve helyum balonlarıdır. Bu gibi durumlarda terminal hız, yükselme hızına karşılık gelen negatif bir değere sahip olmaktadır.