Terminal Velocity是什么如何计算有哪些应用
Terminal Velocity基本概念
**Terminal Velocity就是物体在流体（比如空气、水）中下落时，重力和阻力达到平衡后不再加速，保持匀速运动的速度**，我小时候住老房子，三楼阳台特别适合扔东西玩，有次把乒乓球和小石块一起往下扔，本以为石块会“嗖嗖”地一直加速，结果落地时声音并没有想象中那么响，反而是乒乓球晃晃悠悠半天落下来，当时不懂为啥，后来学物理才知道，这就是Terminal Velocity在搞鬼——不管啥东西，掉着掉着总会有个“跑不动”的时刻。
你想啊，物体刚往下掉时，重力拽着它加速，这时候空气阻力还很小，根本拦不住，但速度越来越快，空气阻力就像个“刹车”，会跟着变大，直到有一刻，阻力刚好等于重力，物体就像被人拉住了一样，再也加不了速，这时候的速度就是Terminal Velocity，不管掉多高，只要达到这个速度,之后就一直保持匀速往下掉了。
Terminal Velocity计算方法
**Terminal Velocity的计算公式是v = √(2mg/ρACd)**，别看公式长得复杂，拆开来看其实很简单，我来给你掰扯掰扯：v就是Terminal Velocity，m是物体质量，g是重力加速度（地球表面大概是9.8米/秒²），ρ是空气密度（一般取1.2千克/立方米），A是物体的横截面积（就是物体往下掉时“撞”到空气的面积），Cd是阻力系数（不同形状的物体，Cd不一样，比如流线型的Cd小，方形的Cd大）。
举个例子，同样是50公斤的人，张开双臂跳伞时，横截面积A大概1.2平方米，阻力系数Cd约1.0，算出来Terminal Velocity差不多55米/秒；要是他蜷缩身体往下掉，横截面积A可能只有0.5平方米，Cd降到0.7，这时候Terminal Velocity能飙到80米/秒，横截面积越小、阻力系数越低，Terminal Velocity就越大,就像穿紧身衣跑步比穿宽松外套跑得更快一样。
Terminal Velocity影响因素
**影响Terminal Velocity的因素主要有四个：物体质量、横截面积、流体密度和阻力系数**，这四个“选手”凑在一起，决定了物体最终能“跑”多快，先看质量，质量越大，重力就越大，要平衡重力需要的阻力也得更大，所以Terminal Velocity会更高，比如同样大小的铁球和木球，铁球质量大，Terminal Velocity肯定比木球快。
横截面积也很关键，就像你撑着一把大伞和举着一块小木板往下跳，大伞“兜”住的空气多，阻力大，Terminal Velocity就小，流体密度呢？在水里和在空气里掉，速度完全不一样，水的密度是空气的800多倍，同样的物体在水里Terminal Velocity会慢很多，所以人在水里下落不会像在空气中那样“嗖嗖”加速，阻力系数就看物体形状，流线型的汽车比方形的箱子Cd小，所以Terminal Velocity更大，这也是为啥跑车要设计成流线型,就是为了减小空气阻力。
Terminal Velocity应用场景
**Terminal Velocity在生活中到处都能见到，最常见的就是跳伞运动**，我有个表哥是跳伞教练，他跟我说，没开伞时，人的Terminal Velocity大概50-60米/秒，相当于200公里/小时，比高铁还快！这时候人会感觉风像刀子一样刮脸，呼吸都困难，但打开降落伞后，伞面的横截面积一下子变大，阻力剧增，Terminal Velocity会降到5-7米/秒，跟人慢跑的速度差不多,这时候就能稳稳落地了。
除了跳伞，雨滴下落也靠Terminal Velocity“刹车”，要是没有Terminal Velocity，雨滴从几千米高空一直加速下来，速度能达到上百米/秒，那砸到头上可能真要“开花”了，好在小雨滴的Terminal Velocity只有1-2米/秒，大雨滴也才7-8米/秒，顶多让人感觉“凉飕飕”，不会伤人，还有高空抛物，知道了物体的Terminal Velocity，就能算出它落地时的冲击力，判断会不会造成危险,这对制定安全规则特别有用。
Terminal Velocity与自由落体区别
**Terminal Velocity和自由落体根本不是一回事，自由落体是“理想型”，Terminal Velocity是“现实型”**，物理课上老师讲过，自由落体是假设物体只受重力，没有空气阻力，这时候物体下落的速度会一直增加，公式是v=gt，时间越长速度越快，理论上能无限加速，但现实中根本没有绝对的自由落体，只要在空气中，就一定有空气阻力，所以物体最终都会达到Terminal Velocity,变成匀速运动。
打个比方，自由落体就像在没有摩擦力的冰面上滑冰，你会一直加速；而Terminal Velocity就像在普通地面上跑，跑着跑着风阻和地面摩擦力会让你再也快不起来，平时我们看到的苹果落地、树叶飘落，其实都是Terminal Velocity状态，真正的自由落体只有在真空中才会发生，比如宇航员在太空中处于失重状态,那就是一种自由落体。
Terminal Velocity安全防护措施
**知道了Terminal Velocity，就能针对性地做安全防护，最典型的就是跳伞用的降落伞**，降落伞的原理就是通过增大横截面积来减小Terminal Velocity，让落地速度降到安全范围，我表哥说，他们训练时会反复练习开伞时机，开早了在空中飘太久，开晚了Terminal Velocity太高，都有危险，除了降落伞，高空作业的工人会系安全绳，也是为了防止意外坠落时达到危险的Terminal Velocity。
还有航天器返回地球时，也得靠Terminal Velocity的原理减速，比如神舟飞船返回舱进入大气层时，会先打开引导伞，再打开主伞，通过增大阻力把速度从数千米/秒降到几十米/秒，最后还要靠反推发动机进一步减速，确保平稳落地，这些防护措施，本质上都是在控制Terminal Velocity,让它在安全值以内。
Terminal Velocity实际案例分析
**最有意思的Terminal Velocity案例，是猫从高楼落下的存活率**，之前看过一个纪录片，说猫从7楼以上掉落，存活率反而比从3-4楼掉落高，一开始我还不信，后来查资料才发现，猫下落时会调整身体，把四肢张开，像个小降落伞，增大横截面积，Terminal Velocity能降到约20米/秒，而且猫的骨骼比较柔韧，落地时能缓冲冲击力，但从3-4楼掉落，猫还没来得及调整姿势达到Terminal Velocity，速度就已经很快了,反而容易受伤。
还有伞兵训练时，会进行“高跳低开”，从万米高空跳下，在空气稀薄的高空，Terminal Velocity能达到100米/秒以上，这时候人会体验到“超音速下落”，等降到低空再开伞，这种训练对Terminal Velocity的计算要求特别高，差一点就可能出危险，消防队员救跳楼者时，会铺气垫，气垫的作用就是延长缓冲时间，减小落地冲击力，其实也是在间接利用Terminal Velocity——就算人达到了Terminal Velocity,气垫也能把伤害降到最低。
常见问题解答
Terminal Velocity是什么意思啊？
Terminal Velocity就是物体往下掉的时候，一开始会被重力拉着越掉越快，但空气会给它一个往上的阻力，等阻力和重力一样大的时候，物体就不再加速了，这时候的速度就是Terminal Velocity，就像你骑自行车下坡，一开始越骑越快，后来风阻太大，蹬不动了，速度就稳定了，那个稳定的速度就类似Terminal Velocity，平时下雨、扔东西,最后都是这个速度落地的。
Terminal Velocity怎么计算啊，公式看不懂？
计算Terminal Velocity的公式是v = √(2mg/ρACd)，看着复杂其实不难，v是速度，m是物体质量（比如一个苹果500克），g是重力加速度（固定9.8），ρ是空气密度（大概1.2），A是物体横截面积（比如苹果横着掉，面积就是它最宽的那个圆的面积），Cd是阻力系数（圆形的Cd小，方形的Cd大），简单说，物体越重、越“瘦”（横截面积小），Terminal Velocity就越大；空气越密、阻力越大,速度就越小。
跳伞时Terminal Velocity能到多快啊？会很危险吗？
跳伞不打开降落伞的时候，Terminal Velocity大概50-60米每秒，差不多200公里每小时，比在高速上开车还快！这时候人会感觉风特别大，脸都被吹变形了，呼吸都得使劲，不过别担心，打开降落伞后，伞面会兜住空气，横截面积一下子变大，Terminal Velocity会降到5-7米每秒，跟人慢跑速度差不多，落地的时候轻轻一蹲就能站稳,超级安全的！
雨滴的Terminal Velocity是多少？为啥砸不死人啊？
雨滴的Terminal Velocity看大小，小雨滴可能只有1-2米每秒，跟你走路速度差不多；大雨滴也就7-8米每秒，比骑共享单车慢，这么慢的速度，砸到头上最多感觉凉丝丝的，根本不会疼，要是没有Terminal Velocity，雨滴从几千米高空一直加速下来，速度能到上百米每秒，那估计跟小石子砸过来一样，出门都得戴头盔了！幸好有Terminal Velocity,咱们才能安心淋雨。
Terminal Velocity和自由落体是一回事吗？
当然不是！自由落体是说物体只受重力，没有空气阻力，会一直加速，速度越来越快，比如在真空中的羽毛和铁球会同时落地，但Terminal Velocity是在空气中，有空气阻力，重力和阻力平衡后速度就不变了，平时咱们看到的东西下落，比如苹果落地、树叶飘下来，都是Terminal Velocity状态，真正的自由落体在地球上基本见不到，只有在太空中才会有,比如宇航员在空间站就是自由落体状态。
欢迎 你 发表评论: