Kalkulator Kelajuan Terminal

Kategori: Fizik
- 15 Ogos 2025
| |

Kelajuan terminal adalah kelajuan maksimum yang boleh dicapai oleh objek yang jatuh melalui cecair. Ia berlaku apabila jumlah daya seretan dan daya apungan sama dengan daya graviti ke bawah, menghasilkan pecutan bersih sifar.

Kalkulator ini membantu anda menentukan kelajuan terminal objek berdasarkan sifatnya dan cecair yang dilaluinya.

? Luas objek yang tegak lurus kepada arah gerakan. Untuk seseorang yang jatuh dalam posisi terbuka, ia adalah kira-kira 0.7-1.0 m².
Cd
? Koefisien seretan bergantung kepada bentuk objek. Nilai tipikal: sfera (0.47), kubus (1.05), penyelam manusia (0.7-1.2).

Sifat Cecair

Pilihan Lanjutan

About Terminal Velocity

Kelajuan terminal adalah kelajuan tetap yang dicapai oleh objek yang jatuh apabila daya seretan dan apungan sama dengan daya graviti. Pada ketika ini, daya bersih menjadi sifar, dan objek berhenti mempercepat.

Faktor Utama yang Mempengaruhi Kelajuan Terminal:
  • Jisim dan Saiz Objek: Objek yang lebih berat dengan luas keratan rentas yang lebih kecil mencapai kelajuan terminal yang lebih tinggi.
  • Bentuk Objek: Koefisien seretan berbeza berdasarkan bentuk. Objek yang aerodinamik mengalami seretan yang lebih rendah.
  • Ketumpatan Cecair: Cecair yang lebih padat (seperti air berbanding udara) menghasilkan lebih banyak seretan, mengakibatkan kelajuan terminal yang lebih rendah.
  • Graviti: Pecutan graviti yang lebih tinggi meningkatkan kelajuan terminal.
Contoh Umum:
  • Penyelam Manusia: Kira-kira 55 m/s (120 mph) dalam posisi terbuka; sehingga 90 m/s (200 mph) dalam posisi kepala ke bawah.
  • Titisan Hujan: 9 m/s (20 mph) untuk titisan bersaiz sederhana.
  • Batu Hail (2cm): Kira-kira 20 m/s (45 mph).
  • Bola Baseball: Kira-kira 40 m/s (90 mph).
Aplikasi Praktikal:
  • Terjun Payung: Memahami kelajuan terminal membantu penyelam mengawal kadar jatuh dan posisi relatif mereka.
  • Meteorologi: Meramalkan kadar hujan dan masa presipitasi.
  • Kejuruteraan: Merancang payung terjun, sistem rintangan udara, dan meramalkan tingkah laku objek yang jatuh.
  • Penjelajahan Angkasa: Memahami dinamik kemasukan atmosfera kapal angkasa dan objek.

Apa itu Kalkulator Kelajuan Terminal?

Kalkulator Kelajuan Terminal membantu menentukan kelajuan maksimum yang boleh dicapai oleh objek semasa jatuh melalui cecair, seperti udara atau air. Kelajuan terminal berlaku apabila daya graviti yang menarik objek ke bawah seimbang dengan rintangan (daya seretan) cecair, menyebabkan tiada percepatan lanjut.

Alat ini membolehkan pengguna mengira kelajuan terminal untuk objek yang berbeza, termasuk:

  • Objek standard dengan jisim dan luas keratan rentas.
  • Objek sfera, seperti bola atau titisan hujan.
  • Badannya manusia dalam pelbagai posisi jatuh.

Formula Kelajuan Terminal

Kalkulator menggunakan persamaan berikut untuk menentukan kelajuan terminal:

Untuk objek umum:

\[ v_t = \sqrt{\frac{2mg}{\rho A C_d}} \]

Di mana:

  • \( v_t \) = Kelajuan terminal (m/s)
  • \( m \) = Jisim objek (kg)
  • \( g \) = Percepatan graviti (9.81 m/s² di Bumi)
  • \( \rho \) = Ketumpatan cecair (kg/m³)
  • \( A \) = Luas keratan rentas objek (m²)
  • \( C_d \) = Koefisien seretan (tanpa dimensi, berbeza mengikut bentuk)

Untuk objek sfera:

\[ v_t = \sqrt{\frac{8rg(\rho_s - \rho_f)}{3C_d \rho_f}} \]

Di mana:

  • \( r \) = Jari-jari sfera (m)
  • \( \rho_s \) = Ketumpatan sfera (kg/m³)
  • \( \rho_f \) = Ketumpatan cecair (kg/m³)

Bagaimana Menggunakan Kalkulator

Kalkulator ini mesra pengguna dan membolehkan penyesuaian input untuk objek dan cecair yang berbeza. Ikuti langkah-langkah ini:

  1. Pilih Kaedah Pengiraan: Pilih antara Standard, Sfera, atau Badan Manusia.
  2. Masukkan Ciri Objek: Input jisim, luas keratan rentas, atau diameter dan ketumpatan, bergantung kepada kaedah yang dipilih.
  3. Pilih Cecair: Pilih udara pada ketinggian yang berbeza, air, atau cecair khusus dengan ketumpatan tertentu.
  4. Sesuaikan Parameter Tambahan: Tetapkan percepatan graviti dan koefisien seretan (jika berkenaan).
  5. Klik "Kira": Hasil akan memaparkan kelajuan terminal, masa jatuh, dan daya impak.

Kenapa Kelajuan Terminal Penting?

Memahami kelajuan terminal mempunyai aplikasi dunia nyata dalam pelbagai bidang:

  • Terjun Payung: Membantu penyelam kawalan kadar jatuh mereka dengan menyesuaikan posisi badan.
  • Kejuruteraan: Digunakan dalam reka bentuk payung terjun dan ujian aerodinamik.
  • Meteorologi: Meramalkan kelajuan jatuh titisan hujan dan batu hail.
  • Penjelajahan Angkasa: Penting untuk mengira kelajuan masuk semula ke atmosfera.

Soalan Lazim (FAQ)

Apa yang mempengaruhi kelajuan terminal?

Kelajuan terminal bergantung kepada jisim objek, bentuk, ketumpatan cecair, dan daya graviti. Jisim yang lebih besar atau koefisien seretan yang lebih kecil menghasilkan kelajuan terminal yang lebih tinggi.

Adakah kelajuan terminal berubah dengan ketinggian?

Ya, ketumpatan udara berkurang dengan ketinggian, mengurangkan daya seretan dan meningkatkan kelajuan terminal. Sebagai contoh, penyelam jatuh lebih cepat pada ketinggian yang lebih tinggi disebabkan udara yang lebih nipis.

Kenapa objek yang lebih berat jatuh lebih cepat?

Walaupun graviti mempercepatkan semua objek secara sama, objek yang lebih berat memerlukan lebih banyak daya untuk memperlahankan mereka. Akibatnya, mereka mencapai kelajuan terminal yang lebih tinggi berbanding objek yang lebih ringan.

Bagaimana posisi badan mempengaruhi seseorang yang jatuh?

Posisi burung merpati mencipta lebih banyak rintangan udara, menurunkan kelajuan terminal (kira-kira 55 m/s). Posisi kepala ke bawah mengurangkan seretan, meningkatkan kelajuan terminal (sehingga 90 m/s).

Kesimpulan

Kalkulator Kelajuan Terminal adalah alat yang berguna untuk memahami bagaimana objek jatuh melalui cecair yang berbeza. Dengan memasukkan parameter utama, pengguna dapat menganggarkan kelajuan terminal dan kesan berkaitan, menjadikannya berharga untuk kajian fizik, sains sukan, dan aplikasi kejuruteraan.