Fricción del aire a velocidades supersónicas

Sé que si un objeto se mueve en el aire, puede experimentar dos tipos de arrastre, laminar y turbulento. Por ejemplo, tengo un meteoro de forma esférica ideal que cae desde el borde del espacio, digamos, 100 km hacia la superficie de la Tierra con una velocidad inicial de 1 km por segundo. Consideraría la resistencia turbulenta, pero ¿sigue siendo aplicable a velocidades supersónicas? ¿Cómo calculo la velocidad de los meteoros cuando golpean el suelo?

Sí, funciona mejor cuanto más rápido se mueve, el efecto de la turbulencia es borrar las correlaciones de larga distancia en la velocidad del flujo en el fluido. Cuanto más rápido se mueve el objeto, menos importa la reacción inversa del fluido, cuando el objeto llega a algún lugar, el fluido "no sabe" que venía. Entonces, la aproximación para simplemente asumir que hasta que llegue el objeto, las moléculas de aire aún no se han visto afectadas y luego rebotarán en el objeto y funcionarán cada vez mejor a velocidades más altas.
Entonces, ¿quieres decir que es solo una suposición de arrastre turbulento y eso es todo?
Sí, la fórmula de arrastre expresa la resistencia como proporcional a la sección transversal y al cuadrado de la velocidad, que se debe a la interceptación del flujo de moléculas recogidas por el meteorito y al dejar que rebote en él. Por unidad de tiempo el momento transferido al aire. Y si el asteroide choca contra la Tierra, si eso sucede a velocidades mucho más rápidas que la velocidad del sonido del suelo sólido, el suelo se comportará como un fluido y todavía puedes usar esa fórmula.

Respuestas (1)

La fuerza de arrastre, F , en el meteoro viene dada por:

F = C d 1 2 ρ v 2 A

dónde ρ es la densidad de masa del fluido, v es la velocidad del meteorito, A es el área de la sección transversal del meteoro, y C d es el coeficiente de arrastre (discutido a continuación).

La mecánica de fluidos de la reentrada de meteoritos es bastante complicada. En los rangos importantes de altitud, el meteoro es supersónico y se forma un arco de choque frente al meteoro. En consecuencia, el flujo adyacente al meteoro es subsónico. Por lo tanto, el campo de flujo no es trivial.

Sin embargo, para una respuesta rápida, las trayectorias de los meteoritos se pueden calcular asumiendo C d = 0.7 . Si quieres ser más preciso, un gráfico de C d vs número de mach de campo lejano se puede encontrar en este artículo: "ESTIMATING THE DRAG COEFICIENTS OF METEORITES FOR ALL MACH NUMBER REGIMES" por RT Carter, PS Jandir y ME Kress :

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A partir de la gráfica, puede ver que el valor de la regla empírica de 0,7 subestima la resistencia a alta velocidad y la sobreestima a baja velocidad.

También necesitará saber la densidad atmosférica frente a la altitud. Un informe de la NASA de 1976 define los valores estándar para esto y está disponible en línea aquí . También hay calculadoras web en línea, como esta , que se basan en el mismo informe. (Para datos superiores a 86 km, consulte este informe ).

He estado buscando esos datos atmosféricos sin procesar durante años. Gracias.
Solo para confirmar los números: ¿eso significa que un cuerpo de 1 m ^ 2 a 800 m / s a ​​través de la atmósfera al nivel del mar tendría aproximadamente una 0.5*0.9*1.225*640000*1=352800Nfuerza de arrastre? Entonces, ¿para 100 kg, 350 g de (des) aceleración?
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