¿La velocidad terminal es realmente constante o simplemente asintótica?

Es asintótico, pero converge muy rápidamente ya que se define con la función [math] tanh [/ math].

[matemáticas] m \ frac {dv} {dt} = bv ^ 2 – g [/ matemáticas]

Se puede escribir de tal forma donde v_t es la velocidad terminal, es decir, cuando la aceleración es cero.

[matemáticas] \ frac {dv} {dt} = g (1- \ frac {v} {v_t}); v_t ^ 2 = \ frac {mg} {b} [/ math]

Que es separable y desde aquí podemos obtener

[matemáticas] \ int \ frac {dv} {1-x ^ 2} = \ int {g dt}; x = \ frac {v} {v_t} [/ math]

y algunas matemáticas nos llevan a

[matemáticas] v = v_f * tanh (\ frac {g} {v_t} t) [/ matemáticas]

Por lo tanto, es asintótico, pero si normalizamos la ecuación de modo que la velocidad terminal sea [matemática] v = 1 [/ matemática], entonces en 5s obtienes [matemática] v = -tanh (5) = -0.999909204262595, [/ matemática] espera 5 segundos más, [matemática] v (10s) = -0.999999995877693 [/ matemática], 10 más significa [matemática] v (20s) = 1 [/ matemática] según la precisión estándar de la computadora utilizando matemática de punto flotante IEEE.

Además, usted dijo que nada era realmente constante, pero hay sistemas que conservan las propiedades. Muchos sistemas de fuerzas de campo pueden conservar energía, y hay EDO no lineales que modelan muy bien los sistemas que no tienen asíntotas. Fluye fuera de un tanque usando las ecuaciones de Bernoulli que muestran que los tanques se vacían por completo en un tiempo finito.

La velocidad a la que terminas cayendo no es una constante, pero no es como pareces pensar.

Esto se debe a que la densidad y la composición de un fluido del mundo real como el aire no es uniforme, y el fluido nunca es exactamente estacionario (es decir, se está moviendo a través de él …), y el modelo asume ambas cosas. Por lo tanto, un objeto real que cae no se comporta exactamente como dice el modelo. Esto es normal.

En cambio, lo que sucede es que terminas con una velocidad que varía aleatoriamente sobre un valor promedio específico; es probable que este valor promedio esté muy cerca de la velocidad terminal calculada a partir del modelo.

Las ecuaciones que usa para derivar la velocidad terminal solo funcionan siempre que el efecto de arrastre y la gravedad sean dominantes. Es por eso que la velocidad es asintótica a la velocidad terminal en ese modelo pero, en la vida real, solo es asintótica mientras la velocidad es bastante alta y la curva de velocidad-tiempo se vuelve menos suave a medida que la velocidad disminuye.

La vida real generalmente implica más cosas que estamos teniendo en cuenta en nuestros modelos físicos.

Es asintótico.

La resistencia del aire aumenta con el cuadrado de la velocidad, por lo que a medida que comienza a caer, la resistencia se acumula rápidamente y la fuerza hacia arriba contrarresta gradualmente la fuerza de la gravedad … pero a medida que disminuye la fuerza neta hacia abajo, también lo hace la aceleración hacia abajo. la velocidad aumenta más y más lentamente, hasta el punto de equilibrio perfecto cuando la fuerza de resistencia del aire es exactamente igual a la fuerza de la gravedad, y dejas de acelerar por completo.

Obviamente, este es un proceso asintótico porque la aceleración disminuye gradualmente a cero, no de repente.

La velocidad terminal es una simplificación física.

Si no hay viento y la densidad de la atmósfera es constante, por lo que no existe variación de presión, entonces si deja que un cuerpo caiga libremente, su velocidad aumentará de manera asintótica.

Como la velocidad terminal es el valor asintótico, es una constante en el sentido matemático que no es una función (del tiempo).

Pero esto es, por supuesto, una aproximación. Si deja que un cuerpo caiga en la atmósfera real, pasará a través de capas de aire con una presión y densidad crecientes, posiblemente aumentando la temperatura e incluso su peso aumentará al acercarse al centro de la tierra.

Entonces, como sucede con frecuencia en física, si estamos en condiciones ideales que no se pueden cumplir fácilmente, entonces tenemos el comportamiento asintótico de la velocidad de un cuerpo en caída libre y podemos definir la velocidad terminal.

Tienes razón. Es una buena aproximación, a veces un poco más, a veces un poco menos, pero promedia una velocidad terminal.

More Interesting

¿La constante gravitacional se mide alguna vez en el espacio mismo (por ejemplo, en la EEI o la Luna)?

¿Por qué no se descubren con mayor frecuencia las ondas gravitacionales ya que hay tantos sistemas estelares binarios inestables en el universo?

¿Hay gravedad sin masa?

¿Por qué caen los objetos?

Si tuviera un universo completamente vacío, en el que solo 2 canicas, colocadas perfectamente inmóviles al principio, con una distancia mínima entre ellas, ¿cuánto tiempo les tomaría colisionar debido a la gravedad?

Si la Tierra gira lo suficientemente rápido, ¿podría haber una gravedad más baja o nula?

Sabemos que existe una fuerza gravitacional entre dos partículas, pero ¿por qué existe? ¿De dónde viene esta gravedad?

¿Cómo es posible que un objeto con una cierta velocidad pueda escapar de la gravedad mientras esta 'fuerza' es infinita?

¿La manipulación del campo de efecto de masa se basa en el tiempo y el espacio o se basa en la gravedad?

¿Cuál es la relación entre la aceleración debida a la gravedad y la densidad media en términos de la constante gravitacional y el radio de la tierra?

Gravedad: ¿Cómo se rodaron las escenas sin gravedad?

¿Existe tal cosa como un 'bajo centro de gravedad'?

¿Por qué no se entiende completamente la gravedad y cuál es el problema con ella?

¿Ha habido personas en la historia, antes de Newton, cuestionadas e "tratadas de descubrir" la gravedad creando una teoría al respecto?

¿La longitud de la contracción se debe a la gravedad u otra cosa?