Una palla di raggio e massa è lasciata cadere da un aereo ad alta quota. Dopo che la caduta si è stabilizzata in una discesa verticale l’attrito dell’aria produce una forza di attrito viscoso diretta verso l’alta di intensità , dove è la velocità della palla e è il coefficiente di attrito viscoso dell’aria. Assumi che questa sia l’unica forza che agisce sulla palla, oltre la forza peso. A causa dell’attrito dell’aria, la palla finirebbe per avere una velocità costante di caduta, detta velocità limite. Determina la velocità limite che avrebbe la palla.
Prima di procede con la soluzione cerchiamo di focalizzare bene il problema, se lasciamo cadere una pallina da un aereo in assenza di attrito questa pallina aumenterebbe la sua velocità in maniera costante producendo un moto uniformemente accelerato di accelerazione , nella realtà invece è presente una forza, la forza di attrito, che rallenta la pallina. Questa forza è proporzionale alla velocità della pallina, quindi man mano che la pallina aumenta la sua velocità anche la forza di attrito aumenta, fino al punto in cui la forza di attrito e la forza peso della pallina si equivalgono. In questa situazione la pallina procede di velocità costante, primo principio della dinamica, e quella velocità si chiama velocità limite. Pertanto la velocità limite si ottiene quando
Il risultato non mi sembra fisicamente plausibile, credo che la velocità limite sia inferiore di almeno tre ordini di grandezza.