Terminaalinopeus

Terminaalinopeus on vapaan pudotuksen tila, jossa kappaleen pudotuspainovoima ja ilman vastus ovat yhtä suuria. Tällöin nettopäinvoima on nolla eikä nopeus enää kasva, vaan kappale jatkaa liikettä tasaisella nopeudella. Terminaalinopeus riippuu useista tekijöistä, kuten kappaleen massasta, koosta, muodosta ja ilman ominaisuuksista.

Rahtin vastus on tyypillisesti kuvattu kaavalla F_d = 1/2 C_d ρ A v^2, missä F_d on vastusvoima, C_d on ilmanvastukerroin, ρ on ilman tiheys, A on poikkipinta-ala ja v on nopeus. Tasapainossa m g = F_d, joten terminaalinopeus v_t voidaan ratkaista v_t = sqrt( (2 m g) / (ρ C_d A) ). Tämä pätee useimmille kappaleille, joissa ilmanvastus kasvaa nopeasti nopeuden kasvaessa. Pienissä tai erittäin pienispiroisissa virtauksissa voi esiintyä lineaarinen, Stokesin lain mukainen vastus F_d = 6 π η R v, jolloin v_t riippuu eri tavalla ominaisuuksista.

Ilman tiheys ρ, ilman lämpötila ja paine sekä korkeuden aiheuttama tiheyden muutos vaikuttavat terminaalinopeuteen: korkeammalla ρ on pienempi, mikä nostaa v_tin arvoa; tiheämpi ilma puolestaan syrjäyttää nopeutta. Kappaleen muoto, koko ja asento vaikuttavat myös drag-kerroimeen C_d ja ala A. Esimerkiksi suurempi poikkipinta-ala tai epäedullinen muoto lisää vastusta ja pienentää v_tia.

Esimerkkejä: ihmisillä vatsallaan pudotessa terminaalinopeus on tyypillisesti noin 180–240 km/h (noin 50–70 m/s). Kapeammassa asennossa tai kevyemmissä olosuhteissa nopeus voi olla suurempi, jopa yli 300 km/h. Paraporttisuudessa riippuen asennosta ja varusteista voidaan saavuttaa huomattavasti matalampi v_t, erilaisten laskujen ja kokeiden kautta. Terminaalinopeutta hyödynnetään muun muassa laskuvarjohyppyjen turvallisuudessa ja suunnittelussa sekä tutkimuksessa.