牛頓運動定律與力
終端速度(terminal velocity)
終端速度是落下物體所能達到的最高速率,此時空氣阻力已強到讓它無法再加速。跳傘者並不會一直越掉越快;過一陣子之後,他們會以一個穩定的最大速率下落。那個穩定的速率就是終端速度。
物體下落時,重力往下拉(重量 m g),空氣阻力往上推,而阻力隨速率增長。當往上的阻力恰好平衡往下的重量,使淨力為零時,就達到終端速度;由牛頓第二定律,加速度為零。從那時起物體以等速度下落。令阻力等於重量(對 v^2 的阻力律,k v^2 = m g),可得終端速率 v_t = sqrt(m g / k),其中 k 取決於大小、形狀與空氣密度。
一個以腹部朝下姿勢展開的跳傘者,終端速度約為 55 m/s(約 200 km/h);降落傘大幅增加阻力常數 k,把終端速度降到安全著陸的每秒幾公尺。雨滴、種子與塵埃也都以各自很小的終端速度落下。
跳傘者一開始會加速,但在約 55 m/s 時,空氣的阻力就等於他們的重量。淨力變為零,加速停止,他們就以那個穩定的終端速度下落,直到降落傘打開把它降下來。
終端速度就是阻力平衡重量、加速度降為零的地方。
終端速度不是物體本身單獨的性質:它取決於空氣密度以及物體的形狀與面積,這就是為什麼打開降落傘會大幅改變它。在沒有空氣的地方(例如無空氣的月球)就沒有終端速度;一切只會持續加速。
又稱
另見