टर्मिनल वेलोसिटी और फ्री फॉल

टर्मिनल वेग और मुक्त गिरावट दो संबंधित अवधारणाएं हैं जो भ्रमित होने की प्रवृत्ति रखते हैं क्योंकि वे इस बात पर निर्भर करते हैं कि शरीर खाली स्थान पर है या नहीं एक तरल पदार्थ में (जैसे, एक वायुमंडल या यहां तक ​​कि पानी)। शर्तों से संबंधित परिभाषाओं और समीकरणों पर एक नज़र डालें, कि वे कैसे संबंधित हैं, और एक शरीर अलग-अलग परिस्थितियों में मुक्त पतन या टर्मिनल वेग में कितनी तेजी से गिरता है।

टर्मिनल वेग को उच्चतम वेग के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसे किसी वस्तु द्वारा प्राप्त किया जा सकता है जो किसी तरल पदार्थ से गिर रही हो, जैसे हवा या पानी। जब टर्मिनल वेग तक पहुँच जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण का निचला बल वस्तु के योग के बराबर होता है उछाल और खींचें बल। टर्मिनल वेग पर किसी वस्तु में शून्य जाल होता है त्वरण.

टर्मिनल वेग खोजने के लिए दो विशेष रूप से उपयोगी समीकरण हैं। पहले खाते में उछाल के बिना टर्मिनल वेग के लिए है:

वी_टी = (2mg / ρAC_घ)^1/2

कहाँ पे:

• वी_टी टर्मिनल वेग है
• मीटर उस वस्तु का द्रव्यमान है जो गिर रहा है
• जी है गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण
• सी_घ खींचें गुणांक है
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• ρ तरल पदार्थ का घनत्व है जिसके माध्यम से वस्तु गिर रही है
• A, वस्तु द्वारा प्रक्षेपित क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है

तरल पदार्थ में, विशेष रूप से, वस्तु की उछाल के लिए यह महत्वपूर्ण है। आर्किमिडीज का सिद्धांत द्रव्यमान द्वारा आयतन (V) के विस्थापन के लिए उपयोग किया जाता है। तब समीकरण बन जाता है:

वी_टी = [2 (एम - ρV) जी / ρAC_घ]^1/2

"फ्री फ़ॉल" शब्द का रोजमर्रा का उपयोग वैज्ञानिक परिभाषा के समान नहीं है। सामान्य उपयोग में, पैराशूट के बिना टर्मिनल वेग प्राप्त करने पर एक स्काईडाइवर को फ्री फॉल में माना जाता है। वास्तविकता में, स्काइडाइवर का वजन हवा के एक कुशन द्वारा समर्थित होता है।

फ्रीफॉल को न्यूटनियन (शास्त्रीय) भौतिकी के अनुसार या के संदर्भ में परिभाषित किया गया है सामान्य सापेक्षता. शास्त्रीय यांत्रिकी में, फ्री फॉल एक शरीर की गति का वर्णन करता है जब एकमात्र बल उस पर कार्य करता है जो गुरुत्वाकर्षण है। आंदोलन की दिशा (ऊपर, नीचे, आदि) महत्वहीन है। यदि गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र एक समान है, तो यह शरीर के सभी हिस्सों पर समान रूप से कार्य करता है, जिससे यह "भारहीन" हो जाता है या "0 ग्राम" का अनुभव करता है। हालांकि यह अजीब लग सकता है, एक वस्तु ऊपर की ओर या अपनी गति के ऊपर होने पर भी मुक्त रूप से गिर सकती है। वायुमंडल के बाहर से एक स्काईडाइवर कूदना (HALO जंप की तरह) बहुत ही सही टर्मिनल वेग और मुक्त गिरावट को प्राप्त करता है।

सामान्य तौर पर, जब तक किसी वस्तु के भार के संबंध में वायु प्रतिरोध नगण्य होता है, तब तक यह मुक्त रूप से गिर सकता है। उदाहरणों में शामिल:

• एक प्रणोदन प्रणाली के बिना अंतरिक्ष में एक अंतरिक्ष यान लगे
• कोई वस्तु ऊपर की ओर फेंकी हुई
• एक वस्तु एक ड्रॉप टॉवर से या एक ड्रॉप ट्यूब में गिरा
• कूदता हुआ व्यक्ति

इसके विपरीत, वस्तुओं नहीं मुक्त गिरावट में शामिल हैं:

• एक उड़ने वाला पक्षी
• एक उड़ान विमान (क्योंकि पंख लिफ्ट प्रदान करते हैं)
• एक पैराशूट का उपयोग करना (क्योंकि यह ड्रैग के साथ गुरुत्वाकर्षण की गिनती करता है और कुछ मामलों में लिफ्ट प्रदान कर सकता है)
• एक स्काइडाइवर पैराशूट का उपयोग नहीं कर रहा है (क्योंकि ड्रैग फोर्स टर्मिनल वेग पर उसके वजन के बराबर है)

सामान्य सापेक्षता में, भूगर्भिक के साथ एक पिंड के आंदोलन के रूप में मुक्त गिरावट को परिभाषित किया जाता है, जिसमें गुरुत्वाकर्षण को अंतरिक्ष-समय वक्रता के रूप में वर्णित किया जाता है।

यदि कोई वस्तु किसी ग्रह की सतह की ओर गिर रही है और गुरुत्वाकर्षण बल हवा के बल से बहुत अधिक है प्रतिरोध या इसके वेग टर्मिनल वेग की तुलना में बहुत कम है, मुक्त गिरावट का ऊर्ध्वाधर वेग हो सकता है के रूप में अनुमानित:

v_टी = gt + वी₀

कहाँ पे:

• v_टी मीटर प्रति सेकंड में ऊर्ध्वाधर वेग है
• v₀ प्रारंभिक वेग है (एम / एस)
• g गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है (लगभग 9.81 m / s² धरती के पास)
• t बीता हुआ समय है

क्योंकि टर्मिनल वेग ड्रैग और ऑब्जेक्ट के क्रॉस-सेक्शन पर निर्भर करता है, इसलिए टर्मिनल वेग के लिए कोई गति नहीं है। सामान्य तौर पर, पृथ्वी पर हवा के माध्यम से गिरने वाला एक व्यक्ति लगभग 12 सेकंड के बाद टर्मिनल वेग तक पहुंचता है, जो लगभग 450 मीटर या 1500 फीट की दूरी तय करता है।

बेली-टू-अर्थ स्थिति में एक स्काइडाइवर लगभग 195 किमी / घंटा (54 मीटर / सेकंड या 121 मील प्रति घंटे) के एक टर्मिनल वेग तक पहुंचता है। यदि स्काईडाइवर उसकी बाहों और पैरों में खींचता है, तो उसका क्रॉस-सेक्शन कम हो जाता है, जिससे टर्मिनल का वेग लगभग 320 किमी / घंटा (90 m / s या सिर्फ 200 mph के नीचे) बढ़ जाता है। यह उसी तरह के बारे में है जैसा कि शिकार के लिए एक पाइनग्रीन बाज़ डाइविंग द्वारा प्राप्त टर्मिनल वेग या एक बुलेट के नीचे गिरने के बाद या ऊपर की ओर निकाल दिया जाता है। विश्व रिकॉर्ड टर्मिनल वेग फेलिक्स बॉमगार्टनर द्वारा निर्धारित किया गया था, जो 39,000 मीटर से कूदकर 134 किमी / घंटा (834 मील प्रति घंटे) के टर्मिनल वेग तक पहुंच गया था।

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