Končna hitrost je izraz za hitrost, ki jo predmet doseže, ko je sila upora ali zračnega upora, ki potiska proti njemu, enaka sili gravitacije, ki ga vleče navzdol. Predmet, ki je padel z višine, bo sprva pospešil zaradi gravitacije. Atmosfera pa izvaja nasprotno silo ali upor, ki se povečuje, ko se predmet premika hitreje. Po določenem času je dosežena točka, kjer sta si nasprotni sili enaki, po tem pa hitrost predmeta ostane konstantna, razen če nanj deluje druga sila: ta hitrost je znana kot njegova končna hitrost. Končna hitrost je odvisna od teže predmeta, njegove oblike in gostote atmosfere.
Teža in gostota atmosfere se lahko razlikujeta od kraja do kraja. Medtem ko je masa predmeta, ki jo lahko definiramo kot količino snovi, ki jo vsebuje, enaka, kjer koli se nahaja, je njegova teža odvisna od moči lokalnega gravitacijskega polja. To se na Zemlji ne razlikuje v obsegu, ki je neposredno opazen za ljudi, vendar bo na drugih mestih, kot sta Luna ali Mars, zelo drugače. Gostota atmosfere se z višino zmanjšuje, zato je zračni upor blizu tal večji kot na veliki višini.
Teža in upor
Količina upora, ki deluje na padajoči predmet, je odvisna od gostote atmosfere in oblike predmeta. Večja kot je gostota atmosfere, večja je odpornost na gibanje. Na kratkih navpičnih razdaljah bo razlika v gostoti majhna in za večino namenov nepomembna, za nekaj, kar pade iz zgornje atmosfere, pa je velika razlika, kar otežuje izračun končne hitrosti.
Upor je zelo odvisen tudi od oblike padajočega telesa. Če kos težkega materiala, kot je svinec, naredite v obliki krogle in ga z velike višine spustite, usmerjen navzdol, bo doživel relativno majhen upor in bo dosegel visoko končno hitrost. Če isti kos svinca naredite v tanek disk in ga spustite tako, da je raven glede na zemeljsko površino, bo doživel veliko večji zračni upor in bo v krajšem času dosegel veliko nižjo končno hitrost.
Količina sile navzdol na padajoči predmet je odvisna od njegove teže, ki je interakcija mase predmeta s silo gravitacije. Večja kot je masa, večja bo sila in s tem večja končna hitrost. Če se zgornji poskus izvede z uporabo lahkega materiala, kot je aluminij, bi bile končne hitrosti za obe obliki manjše kot za vodilne oblike. Pomembno pa je razumeti, da je pospešek zaradi gravitacije enak za vse predmete; faktor upora je tisti, ki povzroča spremembe glede na težo in obliko. Če poskus z različnimi oblikami svinca in aluminija izvajamo v vakuumu, se bodo vsi predmeti pospeševali z enako hitrostjo, ne glede na težo ali obliko, ker je bil odpravljen faktor upora zaradi zraka.
Izračun
Določanje končne hitrosti za predmet, ki je padel z dane višine, je lahko zapleteno. Nekateri dejavniki, kot sta masa in pospešek zaradi gravitacije, so enostavni, vendar je treba poznati tudi koeficient upora, vrednost, ki je ključno odvisna od oblike predmeta. Za mnoge predmete se koeficient upora določi s poskusom, saj bi bili izračuni za kompleksne oblike zelo težki. Ker se gostota atmosfere spreminja z nadmorsko višino, je treba tudi to spremembo upoštevati, razen če je razdalja do padca precej kratka.
Primeri
Dežna kaplja ima končno hitrost približno 17 mph (27 km/h). Nasprotno pa bi velika toča lahko dosegla 42 mph (68 km/h), kar je dovolj, da povzroči poškodbe. Svinčena krogla, izstreljena naravnost v zrak, bi ob padcu nazaj proti tlom dosegla približno 152 mph (245 km/h).
Padlavec, ki je obrnjen proti tlom z razprtimi udi, da poveča zračni upor, bo običajno imel končno hitrost približno 124 km/h. Potapljanje z glavo naprej, z rokami in nogami vtaknjenimi, lahko isti padalec doseže približno 200 km/h ali več. Natančne hitrosti so odvisne od začetne nadmorske višine, veliko višje hitrosti pa je mogoče doseči s potapljanjem z ekstremnih višin, kjer je ozračje veliko tanjše. Za predmete, ki padajo proti Zemlji izven atmosfere, na primer meteorite, je lahko končna hitrost manjša od začetne hitrosti glede na Zemljo. V teh primerih se objekt upočasni proti končni hitrosti.