Почему парашютист перестает разгоняться

Человеческое тело, падая с большой высоты, не ускоряется бесконечно: довольно быстро оно упирается в скоростной предел — примерно 190 километров в час. Этот потолок, называемый предельной скоростью, — не догадка, а результат точного баланса между силой тяжести и аэродинамическим сопротивлением атмосферы.

При свободном падении сила тяжести создает почти постоянное ускорение, описываемое классической механикой, в то время как окружающий воздух создает силу сопротивления, которая увеличивается с ростом скорости. Гидродинамика описывает это сопротивление как величину, пропорциональную плотности воздуха, площади поперечного сечения и квадрату скорости, умноженным на безразмерный коэффициент лобового сопротивления. По мере увеличения скорости возрастает и сила сопротивления, пока она не сравняется с весом парашютиста. В этот момент результирующая сила становится равной нулю, ускорение исчезает — наглядный пример механического равновесия, а не роста энтропии.

Привычная поза парашютиста лицом вниз максимизирует площадь поперечного сечения и дает сравнительно высокий коэффициент лобового сопротивления, поэтому предельная скорость фиксируется примерно возле названных 190 километров в час при обычной плотности воздуха. Более обтекаемая поза тела, например падение головой вниз, уменьшает эффективную площадь и сопротивление, позволяя достичь заметно более высоких предельных скоростей. Важна и высота: разреженный воздух наверху имеет меньшую плотность, сдвигая точку равновесия к более высоким скоростям. Атмосфера, молекула за молекулой, непрерывно «просчитывает» это соотношение между весом и сопротивлением, накладывая жесткий скоростной предел на падение.

loading...