A velocidade terminal descreve o ponto de equilíbrio na cinemática, onde o arrasto atmosférico em um objeto em queda se torna igual e oposto à aceleração devido à gravidade. Assim, o objeto não pode acelerar ainda mais sem assistência externa e atingiu a maior velocidade possível nesse meio.
O arrasto é uma função da aerodinâmica do objeto em questão: um guarda-chuva cairia muito mais lentamente do que um míssil do mesmo peso. Podemos usar a equação da velocidade terminal para calcular a velocidade de um objeto neste momento.
Determinar o peso W do objeto em queda. A maneira mais fácil de fazer isso é medir essa quantidade diretamente. Você também pode estimar o peso se conhecer os materiais e as dimensões da construção.
Calcular a área frontal UMA do objeto em queda. A área frontal é a área aparente voltada para a direção da queda. Você pode determinar esta área medindo o contorno do objeto a partir dessa orientação.
Por exemplo, se o objeto em queda fosse um cone, a ponta do cone apontaria diretamente para baixo e a área frontal pareceria um círculo igual à área da base circular do cone.
Determinar o coeficiente de arrasto Cd do objeto em queda. Geralmente, você pode evitar ter que calcular o coeficiente de resistência procurando um valor aproximado em um livro de referência ou na Internet. Se você precisar de um valor altamente preciso, consulte um engenheiro.
Determinar a densidade atmosférica ρ do meio através do qual o objeto estará caindo. Se o meio é o ar, você deve saber que a densidade do ar diminui com a altitude, o que significa que a velocidade terminal dos objetos diminui à medida que se aproxima do solo (onde o gás é mais denso e empurra para trás com mais força, fornecendo maior poder de frenagem) .
Assim, você pode calcular a velocidade terminal em qualquer altitude usando matemática simples, mas para calcular a alteração na velocidade terminal em uma queda de longa distância, será necessário o uso de cálculos ou aproximações empíricas.
A densidade do ar também muda com o clima; não existe um valor uniforme de densidade para uma dada altitude. Para obter as medições mais precisas da densidade do ar, você precisará multiplicar os valores médios da densidade do ar pelas compensações das condições climáticas locais.
As informações atmosféricas estão disponíveis nos Estados Unidos no National Weather Service, um serviço da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica.
Para qualquer altitude, a equação da velocidade terminal é:
Vt = 1/2
Onde W é o peso dos objetos, ρ é a densidade do gás, UMA é a área da seção transversal do objeto e Cd é o coeficiente de arrasto.
Em inglês simples, a velocidade terminal do objeto é igual à raiz quadrada do quociente com o dobro do peso dos objetos sobre o produto da área frontal dos objetos, seu coeficiente de arrasto e a densidade de gás do meio pelo qual o objeto está caindo .