Plus vous êtes haut lorsque vous sautez, plus vous avez mal lorsque vous touchez le sol. C’est parce que la gravité de la Terre vous accélère constamment vers son centre. Mais il y a en fait une vitesse maximale que vous atteignez, où l’accélération de la gravité terrestre est équilibrée par la résistance de l’air de l’atmosphère. Cette vitesse maximale est appelée vitesse terminale.
La vitesse terminale change en fonction du poids de l’objet qui tombe, de sa surface et de ce qu’il traverse en tombant. Par exemple, une plume ne pèse pas lourd et présente une très grande surface à l’air lors de sa chute. Sa vitesse terminale est donc beaucoup plus lente que celle d’une pierre de même poids. C’est pourquoi une fourmi peut tomber d’un grand immeuble et atterrir indemne, alors qu’une chute similaire vous tuerait. N’oubliez pas que ce processus se produit dans tout gaz ou fluide. Ainsi, la vitesse terminale définit la vitesse à laquelle une pierre coule lorsque vous la laissez tomber dans l’eau.
Disons que vous êtes un parachutiste qui saute d’un avion. Quelle est la vitesse la plus rapide que vous pourrez atteindre ? La vitesse terminale d’un parachutiste en position de chute libre, où il tombe avec le ventre vers la Terre, est d’environ 195 km/h. Mais il peut augmenter considérablement sa vitesse en orientant sa tête vers la Terre – en plongeant vers le sol. Dans cette position, la vitesse du parachutiste passe à plus de 400 km/h.
Le record mondial de vitesse en parachutisme est détenu par Joseph Kittinger, qui a pu tomber à une vitesse de 988 km/h en orientant correctement son corps et en sautant à haute altitude, où la résistance au vent est moindre.
La gravité de la Terre tire sur vous avec une accélération constante de 9,81 mètres/seconde. Sans aucune résistance au vent, vous tombez plus vite de 9,81 mètres/seconde à chaque seconde. 9,81 mètres/seconde la première seconde, 19,62 mètres/seconde la seconde suivante, etc.
La force opposée de l’atmosphère s’appelle la traînée. Et la quantité de force de traînée augmente approximativement de manière proportionnelle au carré de la vitesse. Ainsi, si vous doublez votre vitesse, vous subissez une multiplication au carré de la force de traînée. Comme la force de traînée augmente beaucoup plus rapidement que l’accélération constante, vous finissez par atteindre un équilibre parfait entre la force de gravité et la force de traînée de ce que vous traversez.
En dehors de l’atmosphère terrestre, cependant, il n’y a pas de vitesse terminale. Vous continuerez à accélérer jusqu’à ce que vous vous fracassiez sur ce qui vous tire dessus.
Nous avons écrit de nombreux articles sur la vitesse terminale pour Universe Today. Voici un article présentant la définition de la vélocité, et voici un article sur le participant au X-Prize réalisant le test de chute
Si vous souhaitez plus d’informations sur la vélocité terminale, consultez une conférence sur la vélocité terminale, et voici un lien vers un article de la NASA intitulé, The Way Things Fall.
Nous avons également enregistré un épisode entier d’Astronomy Cast entièrement consacré à la gravité. Écoutez ici, l’épisode 102 : Gravité.