Fd为所受的空气阻力;
ρ为物体下落时所处空气的密度;
v为物体下落的速度;
cd为物体的阻力系数,与物体的形状等因素有关;
A为物体的投影面积。
当物体下落的速度足够大的时候,所受的空气阻力和重力大小相等,方向相反,于是下落的速度就不再增加,达到了终端速度,下落物体的终端速度可以这样求得:
跳伞员如果采取俯伏向下的姿势,不打开降落伞的话,其终端速度约为55m/s(~195km/h),我国D字头的动车组列车的行驶速度也差不多是这个值。如果跳伞员把四肢收起来,头朝下,做出类似钢铁侠飞行时的那种动作,终端速度会提升至90m/s(~320km/h),几乎快到了游隼向下追捕猎物时的速度 [1]。
1960年8月16日,美国空军上尉约瑟夫·基廷格(Joseph Kittinger)创造了个记录,当时他从一个漂浮在31330m高度的氦气球吊篮上跳下来,下落过程中的最高速度达到了274m/s,差不多是音速的9/10 [2]。直到2012年这个记录才被打破,费利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)乘高空氦气球飞到了39045m的高空然后跳下来,最高速度达到了373m/s,已经突破了音速。当然了,这个最高速度是在高空中实现的,因为那里大气稀薄。
约瑟夫·基廷格 | 来源:Wikipedia
说了那么多,其实想表达的就是:如果想科学地从天而降,办法就是提高空气阻力。下落的时候要提高空气阻力,可能首先会想到降落伞。降落伞主要是通过巨大的投影面积来增大空气阻力的。
降落伞可以将终端速度降低90%以上,因此携带了降落伞的人可以以3~4m/s(~12km/h)的相对较低的速度撞击地面 [3]。
常见的降落伞主要有两种,一种是圆伞,一种是翼伞。
圆伞 | 来源:explainthatstuff.com