Fizikte “Terminal Hız” (literatürde bazen sınır hız, limit hız veya son hız olarak da anılır), bir cismin akışkan bir ortamda (genellikle havada) serbest düşme hareketi sırasında yerçekimi kuvveti ile hava direnci (sürükleme kuvveti) arasındaki denge sonucu ulaştığı sabit hızdır. Cisim düşerken başlangıçta hızlanır; ancak hız arttıkça hava direnci de artar. Belirli bir noktada bu direnç, cismin ağırlığına eşit hale gelir ve net kuvvet sıfırlanır. Bu andan itibaren cisim sabit bir hızla düşmeye devam eder; burada ulaşılan son hız, terminal hız olarak tanımlanır.
Terminal Hızın Matematiksel İfadesi
Terminal hız, cismin ağırlığı ile hava direncinin (sürükleme kuvvetinin) dengelendiği anda elde edilen sabit hızdır. Newton’un ikinci yasasına ve sürükleme kuvvetinin genel ifadesine dayanarak terminal hız şu şekilde tanımlanır:
- Vt : Terminal hız (m/s)
- m : Cismin kütlesi (kg)
- g : Yerçekimi ivmesi (yaklaşık 9,81 m/s²)
- ρ : Akışkanın (örneğin havanın) yoğunluğu (kg/m³)
- A : Cismin düşme yönündeki projeksiyon alanı, yani kesit alanı (m²)
- CD : Sürükleme katsayısı (boyuta ve şekle bağlı, birimsiz)
Örnek Soru
Kütlesi 70 kg olan bir paraşütçü, havanın yoğunluğunun 1,2 kg/m³, düşey yöndeki kesit alanının 0,7 m² ve sürükleme katsayısının 1,0 olduğu koşullarda serbest bırakılmaktadır. Yerçekimi ivmesinin 9,81 m/s² olduğu bu ortamda, paraşütçünün havadaki sürükleme etkisi nedeniyle belirli bir süre sonra ulaşacağı terminal hızı hesaplayınız.
Paraşütçünün ulaşacağı terminal hız yaklaşık 40,4 m/s’dir.
Paraşütçünün Zaman ile Ulaştığı Hız Değerleri
Terminal Hızın Önemi: Yağmur Damlalarının Düşüşü Üzerine Bir İnceleme
Terminal hız, serbest düşen bir cismin yerçekimi kuvveti ile hava direnci arasındaki kuvvet dengesi sonucu ulaştığı sabit hızdır. Bu kavram, hareket halindeki cisimlerin dinamik davranışlarının anlaşılması açısından kritik öneme sahiptir.
Yağmur damlaları örneği üzerinden değerlendirdiğimizde, terminal hızın doğal bir hız sınırı görevi gördüğü gözlemlenebilir. Eğer yağmur damlalarının düşüş hızını sınırlayan bir direnç kuvveti olmasaydı, yani terminal hız kavramı geçerli olmasaydı, damlalar yerçekimi etkisiyle sürekli hızlanarak çok daha yüksek hızlara ulaşırdı. Bu durum, damlaların yüzeye çarpma şiddetini artırarak potansiyel olarak zararlı sonuçlara yol açabilirdi.
Ancak atmosferdeki hava direnci, yağmur damlalarının hızını sınırlar ve sabit bir terminal hıza ulaşmasını sağlar. Böylece damlaların kinetik enerjisi belirli bir seviyede kalır ve yeryüzüne çarptıklarında zarar verici etkileri minimize edilmiş olur. Terminal hızın bu düzenleyici etkisi, doğadaki birçok serbest düşme olayında benzer koruyucu mekanizmalar olarak işlev görmektedir.
Terminal hız kavramı yalnızca fiziksel bir olgu olmakla kalmayıp, aynı zamanda doğal süreçlerin dengelenmesinde ve yaşam ortamlarının korunmasında da hayati bir rol oynamaktadır.
