Terminalhastighet är termen för den hastighet ett föremål når när dragkraften, eller luftmotståndet, som trycker mot det är lika med tyngdkraften som drar ner det. Ett föremål som tappas från en höjd kommer initialt att accelerera på grund av gravitationen. Atmosfären utövar dock en motsatt kraft, eller dragkraft, som ökar när föremålet rör sig snabbare. Efter en tid nås en punkt där de två motsatta krafterna är lika, och efter detta förblir objektets hastighet konstant om inte en annan kraft verkar på det: denna hastighet är känd som dess sluthastighet. Den slutliga hastigheten beror på föremålets vikt, dess form och atmosfärens densitet.
Vikt och atmosfärisk densitet kan variera från plats till plats. Medan ett föremåls massa, som kan definieras som mängden materia det innehåller, är densamma var det än befinner sig, beror dess vikt på styrkan hos det lokala gravitationsfältet. Detta varierar inte på jorden i en skala som är direkt märkbar för människor, men på andra platser som Månen eller Mars kommer det att vara väldigt annorlunda. Atmosfärens täthet minskar med höjden, så luftmotståndet är större nära marken än på stora höjder.
Vikt och drag
Mängden motstånd som verkar på ett fallande föremål beror på atmosfärens täthet och formen på föremålet. Ju större densitet atmosfären har, desto mer motstånd finns det mot rörelse. Över korta vertikala avstånd kommer skillnaden i densitet att vara liten, och obetydlig för de flesta ändamål, men för något som faller från den övre atmosfären finns det en stor skillnad, vilket komplicerar terminalhastighetsberäkningar.
Drag är också mycket beroende av formen på den fallande kroppen. Om en bit tungt material, såsom bly, görs till en kulliknande form och tappas, pekar nedåt, från en stor höjd, kommer den att uppleva relativt lite motstånd och kommer att nå en hög sluthastighet. Om samma blybit görs till en tunn skiva och tappas så att den är platt i förhållande till jordens yta, kommer den att uppleva mycket större luftmotstånd och kommer att nå en mycket lägre sluthastighet på kortare tid.
Mängden nedåtriktad kraft på ett fallande föremål beror på dess vikt, vilket är samspelet mellan föremålets massa och tyngdkraften. Ju större massa, desto större blir kraften, och därför desto större sluthastighet. Om ovanstående experiment utförs med ett lätt material, såsom aluminium, skulle sluthastigheterna för båda formerna vara lägre än för blyformerna. Det är dock viktigt att förstå att acceleration på grund av gravitation är densamma för alla objekt; det är dragfaktorn som orsakar variationerna med vikt och form. Om experimentet med olika bly- och aluminiumformer genomförs i vakuum kommer alla föremål att accelerera i samma takt, oavsett vikt eller form, eftersom luftmotståndsfaktorn har eliminerats.
Beräkning
Att bestämma sluthastigheten för ett föremål som tappas från en given höjd kan vara komplicerat. Några av faktorerna, såsom massa och acceleration på grund av gravitation, är enkla, men det är också nödvändigt att känna till luftmotståndskoefficienten, ett värde som är avgörande på föremålets form. För många objekt bestäms luftmotståndskoefficienten genom experiment, eftersom beräkningarna skulle vara mycket svåra för komplexa former. Eftersom atmosfärens täthet varierar med höjden måste även denna variation beaktas, om inte avståndet till fall är ganska kort.
Exempel
En regndroppe har en sluthastighet på cirka 17 mph (27 kmph). Däremot kan ett stort hagel uppnå 42 mph (68 km/h), vilket är tillräckligt för att orsaka skada. En blykula skjuten rakt upp i luften skulle, när den faller tillbaka mot marken, nå cirka 152 mph (245 km/h).
En fallskärmshoppare, vänd mot marken med utspridda lemmar för att maximera luftmotståndet, kommer vanligtvis att ha en sluthastighet på cirka 124 mph (200 km/h). Dykning med huvudet först, med armar och ben instoppade, kunde samma fallskärmshoppare nå cirka 200 mph (320 km/h) eller mer. De exakta hastigheterna beror på den ursprungliga höjden, och mycket högre hastigheter kan nås genom att dyka från extrema höjder, där atmosfären är mycket tunnare. För föremål som faller mot jorden utanför atmosfären, till exempel meteoriter, kan sluthastigheten vara mindre än den initiala hastigheten i förhållande till jorden. I dessa fall saktar objektet ner mot den slutliga hastigheten.