Calculadora de Velocidad Terminal

Física General

Esta herramienta calcula la velocidad constante máxima que un objeto en caída libre alcanza eventualmente cuando la resistencia del medio (como el aire) a través del cual está cayendo impide una mayor aceleración.

Ejemplos Prácticos

Explora diferentes escenarios para entender cómo funciona la velocidad terminal en el mundo real.

Paracaidista Promedio

Skydiver

Calcula la velocidad terminal de un paracaidista de tamaño promedio en posición de barriga hacia la tierra.

Masa: 75 kg, Área: 0.7 m²

Coef. Arrastre: 1.0, Densidad del Fluido: 1.225 kg/m³

Gota de Lluvia Grande

Raindrop

Determina la velocidad máxima de una gota de lluvia grande cayendo a través del aire.

Masa: 0.0000335 kg, Área: 0.0000196 m²

Coef. Arrastre: 0.6, Densidad del Fluido: 1.225 kg/m³

Bola de Boliche Cayendo

Bowling Ball

Encuentra la velocidad terminal de una bola de boliche estándar soltada desde una gran altura.

Masa: 7.26 kg, Área: 0.0366 m²

Coef. Arrastre: 0.45, Densidad del Fluido: 1.225 kg/m³

Granizo Grande

Hailstone

Calcula la velocidad terminal para un granizo grande del tamaño de una pelota de golf.

Masa: 0.02 kg, Área: 0.001257 m²

Coef. Arrastre: 0.5, Densidad del Fluido: 1.225 kg/m³

Otros Títulos
Comprendiendo la Velocidad Terminal: Una Guía Completa
Profundiza en los conceptos fundamentales de la velocidad terminal, desde la física subyacente hasta su significado en el mundo real y los cálculos.

¿Qué es la Velocidad Terminal?

  • El Equilibrio de Fuerzas
  • Factores que Influyen en la Velocidad Terminal
  • Alcanzando una Velocidad Constante
La velocidad terminal es la velocidad más alta que puede alcanzar un objeto mientras cae a través de un fluido (el aire es el ejemplo más común). Ocurre en el punto cuando la fuerza descendente de la gravedad está exactamente equilibrada por la fuerza ascendente del arrastre (resistencia del aire). En esta etapa, la fuerza neta del objeto es cero, lo que significa que deja de acelerar y continúa cayendo a una velocidad constante.
El Papel de la Gravedad y el Arrastre
Cuando un objeto comienza a caer, su velocidad es baja y la fuerza de resistencia del aire es pequeña. Debido a que la fuerza de la gravedad es mucho más fuerte, el objeto acelera hacia abajo. A medida que su velocidad aumenta, también lo hace la resistencia del aire. Esto continúa hasta que la fuerza del arrastre se vuelve igual en magnitud a la fuerza de la gravedad. Este punto de equilibrio define la velocidad terminal.

Guía Paso a Paso para Usar la Calculadora de Velocidad Terminal

  • Introduciendo tus Datos
  • Interpretando los Resultados
  • Usando los Ejemplos
Nuestra calculadora simplifica el proceso de encontrar la velocidad terminal. Sigue estos pasos para un cálculo preciso:
Instrucciones Campo por Campo
  1. Masa (m): Introduce la masa del objeto en kilogramos (kg). Un objeto más pesado tendrá una atracción gravitacional más fuerte, generalmente llevando a una velocidad terminal más alta.
  2. Área Transversal (A): Introduce el área proyectada del objeto en metros cuadrados (m²). Esta es el área de la silueta del objeto desde la perspectiva del fluido a través del cual se está moviendo. Un área más grande aumenta el arrastre.
  3. Coeficiente de Arrastre (Cd): Este número adimensional representa qué tan aerodinámico es el objeto. Un valor más bajo significa que es más aerodinámico. Por ejemplo, una esfera tiene un Cd de aproximadamente 0.47, mientras que un paracaidista en posición de barriga tiene un Cd más cercano a 1.0.
  4. Densidad del Fluido (ρ): Introduce la densidad del fluido en kilogramos por metro cúbico (kg/m³). El valor predeterminado, 1.225 kg/m³, es la densidad aproximada del aire al nivel del mar. Cuanto más denso sea el fluido, mayor será la resistencia.

Aplicaciones del Mundo Real de la Velocidad Terminal

  • Paracaidismo y Paracaidismo
  • Diseño de Vehículos y Aeronaves
  • Fenómenos Naturales
El concepto de velocidad terminal no es solo un ejercicio académico; tiene aplicaciones cruciales en varios campos.
Ingeniería y Seguridad
En el paracaidismo, controlar la velocidad terminal es clave. Un paracaidista cambia su posición corporal para manipular su área transversal y coeficiente de arrastre, controlando así su velocidad de descenso. Un paracaídas aumenta dramáticamente el área y el arrastre, ralentizando el descenso a una velocidad de aterrizaje segura. En la ingeniería automotriz y aeroespacial, los diseñadores buscan minimizar el coeficiente de arrastre para mejorar la eficiencia del combustible y el rendimiento.
El Diseño de la Naturaleza
La velocidad terminal gobierna por qué las gotas de lluvia no nos golpean a velocidades letales. Una pequeña gota de lluvia alcanza su velocidad terminal de aproximadamente 9 m/s (20 mph) rápidamente. Los animales, como los gatos, a menudo pueden sobrevivir caídas desde grandes alturas porque su baja masa y área de superficie relativamente grande resultan en una velocidad terminal más baja.

Conceptos Erróneos Comunes y Métodos Correctos

  • ¿Los Objetos Más Pesados Caen Más Rápido?
  • El Mito del Vacío
  • ¿Se Alcanza la Velocidad Terminal Instantáneamente?
Aristóteles famosamente (e incorrectamente) pensó que los objetos más pesados caen proporcionalmente más rápido que los más ligeros. En un vacío, todos los objetos caen a la misma tasa de aceleración independientemente de su masa (como lo demostró Galileo). Sin embargo, en presencia de resistencia del aire, la situación cambia. Si bien la masa es un factor en la ecuación de velocidad terminal, también lo son el área y la forma. Un objeto pesado pero muy poco aerodinámico podría tener una velocidad terminal más baja que un objeto más ligero y más aerodinámico.
La Aceleración No Es Constante
Un objeto que cae no alcanza instantáneamente la velocidad terminal. Comienza acelerando aproximadamente a la tasa de la gravedad (g ≈ 9.81 m/s²). A medida que la velocidad aumenta, la fuerza de arrastre opuesta también aumenta, y la tasa de aceleración disminuye. El objeto solo alcanza la velocidad terminal cuando esta aceleración se vuelve cero.

Derivación Matemática y Ejemplos

  • La Fórmula Principal
  • Derivando la Ecuación
  • Recorrido del Cálculo Manual
El cálculo se basa en el equilibrio de fuerzas.
La Fórmula: Vt = √((2 m g) / (ρ A Cd))
  • Vt es la velocidad terminal.
  • m es la masa del objeto.
  • g es la aceleración debida a la gravedad (≈ 9.81 m/s²).
  • ρ (rho) es la densidad del fluido.
  • A es el área transversal proyectada.
  • Cd es el coeficiente de arrastre.
Ejemplo de Cálculo
Calculemos la velocidad terminal para el ejemplo del paracaidista: m = 75 kg, A = 0.7 m², Cd = 1.0, ρ = 1.225 kg/m³. Usamos g = 9.81 m/s².

Pasos del Cálculo:

  • Fuerza de Gravedad (Fg) = m * g = 75 * 9.81 = 735.75 N
  • En velocidad terminal, Fuerza de Arrastre (Fd) = Fg.
  • Fd = 0.5 * ρ * A * Cd * Vt²
  • 735.75 = 0.5 * 1.225 * 0.7 * 1.0 * Vt²
  • 735.75 = 0.42875 * Vt²
  • Vt² = 735.75 / 0.42875 = 1716.0
  • Vt = √1716.0 ≈ 41.42 m/s