终端速度计算器
这个工具用来估算物体下落时,阻力与重力达到平衡后会稳定在多快的速度。输入质量、阻力系数、迎风面积、流体密度和重力加速度,就能快速判断某个终端速度情境是否合理。
示例
80 kg,阻力系数 1.0,迎风面积 0.7 m²,空气密度 1.225 kg/m³。终端速度约为 42.8 m/s。
终端速度
42.7836 m/s
阻力
784.8 N
终端速度 (km/h)
154.021 km/h
终端速度 (mph)
95.7042 mph
终端速度 (ft/s)
140.3662 ft/s
阻力 (lbf)
176.4301 lbf
仅适用于稳态近似。此工具假设阻力系数和迎风面积保持不变,只计算阻力与重力相等时的平衡点,不模拟姿态变化、海拔或天气变化、可压缩性影响,也不考虑降落伞展开。
有帮助吗?
示例
计算方式
公式
变量
- 速度(m/s)
- 力(N)
- 质量(kg)
- 重力加速度(m/s²)
- 密度(kg/m³)
- C_d 表示该科学公式中的一个输入量、中间量或结果量。
- 面积或吸光度(m²)
输入物体质量、阻力系数、迎风面积、流体密度和重力加速度后,计算器会先把所选单位统一换算到一套国际单位制。接着按“终端速度 = √((2 × 质量 × 重力加速度) ÷ (流体密度 × 阻力系数 × 迎风面积))”求出终端速度,再以 m/s 显示稳态速度,并给出便于理解的速度换算结果以及对应的阻力。
终端速度来自二次阻力与重力的平衡。在稳态下,阻力 = 1/2 × 流体密度 × 阻力系数 × 迎风面积 × 速度²,与重力相等。把这个等式对速度求解,就得到“终端速度 = √((2 × 质量 × 重力加速度) ÷ (流体密度 × 阻力系数 × 迎风面积))”。计算器会把你输入的质量、面积、密度和重力加速度单位分别换算为 kg、m²、kg/m³ 和 m/s²,求出平衡速度后,再在同一平衡点把阻力按重力大小计算出来。
常见问题
01什么是终端速度?
终端速度是物体下落时达到的一种稳定速度,此时阻力已经增大到足以与重力平衡。净力为零后,物体不再继续加速,而是大致以恒定速度继续下落。
02为什么较重的物体通常会有更高的终端速度?
在这个公式里,质量会增大分子,而阻力系数、迎风面积和流体密度位于分母。如果形状和面积不变,质量越大,就需要更高的速度,阻力才会增长到足以平衡重力。
03这和抛体运动或速度、距离、时间计算有什么不同?
这个计算器直接求的是阻力与重力平衡时的稳态速度。抛体运动是从初速度出发来追踪运动轨迹,而速度、距离、时间关系则是在已知速度的前提下描述运动变量之间的关系。
04这个计算器会模拟姿势变化、天气变化或降落伞吗?
不会。它采用的是阻力系数和迎风面积保持不变的稳态近似,不会模拟身体姿态变化、海拔或天气变化、可压缩性影响,也不考虑降落伞展开。
05为什么这里的阻力会等于重力?
在终端速度下,向上的阻力与向下的重力大小相等,所以净力为零。因此,这里输出的阻力,就是平衡质量 × 重力加速度所需的那个力。