السحب هو أ قوة الاحتكاك الناشئة من خلال احتكاك بين الجسم والسوائل. تعمل هذه القوة في اتجاه موازٍ لسطح الجسم ، وفي كثير من الحالات تكون متناسبة مع مربع السرعة التي يتحرك بها الجسم بالنسبة إلى السائل.
ما هي قوة السحب؟
هناك ثلاثة أنواع مختلفة من قوى السحب ، تسمى هذه القوى سحب السطح, سحب الشكل و سحب الموجة.
بشكل عام ، فإن قوة السحب، المعروف أيضًا باسم مقاومةمنسائل، يمكن أن يكون الكثير الديناميكا الهوائية مثل الديناميكا المائية ، للحالات التي يتحرك فيها الجسم في الوسط الغازي والسائل على التوالي.
السحب ، في معظم الحالات ، يتناسب مع مربع السرعةمن الجسم بالنسبة للبيئة التي يتحرك فيها، ولكن أيضًا بشكل مباشر يتناسب مع مساحة الجسم العرضية لتدفق خطوط السوائل.
بالإضافة إلى هذه العوامل ، فإن شكل الجسم قادر على تغيير الطريقة التي تعمل بها قوة السحب بشكل كبير ، وكل ذلك يعتمد على كيفية تدفق خطوط السوائل. سنشرح ما هم عليه لاحقًا.
نظرةأيضا: كل ما تحتاج لمعرفته حول الهيدروستاتيكا
خطوط السوائل
خطوط السوائل الميزات المستخدمة لتسهيل فهم قوى السحب. هذه هي الهياكل الهندسية ، وتسمى أيضًا الخطوط الديناميكية السائلة. تشير إلى كيفية تحرك طبقات السائل.
في الحالة التي تكون فيها الخطوط الديناميكية السائلة متراكب و موازى، يكون تدفق السوائل صفحيًا ويتم ممارسة قوة سحب قليلة جدًا على الجسم الذي يتحرك فوقه. في هذه الحالة ، يوجد فقط احتكاك بين طبقات السائل ، لذلك نقول إنه يحتوي فقط اللزوجة.
عندما لا تكون الخطوط الديناميكية للسوائل موازية لبعضها البعض ، نقول إن تدفق السائل عبر الجسم يكون كذلك فوضوية. هذا النوع من التدفق قادر على يقلل بشكل كبير من السرعة التي يتحرك بها الجسم من خلال هذه الوسيلة ، تشبه الحالة التي يحاول فيها السباح السباحة عكس تيار نهر مضطرب.
سحب السطح
سحب السطح هو تلك القوة الناتجة عن تحريك الجسم للداخل اتجاهعكس إلى السائل. ينشأ بفضل التلامس بين السائل والجسم ، من خلال طبقة تلامس فورية على سطحه.
ينشأ هذا النوع من السحب بسبب خشونة سطح الجسم الذي يتحرك في السائل ، لأن الخشونة نفسها توفر منطقةفياتصلأكبر بين كليهما.
يتم استكشاف سحب السطح على نطاق واسع في مسابقات السباحة الاحترافية، ما هو مستخدم ملابسناعم، قادرة على تقليل سحب السائل بشكل كبير أثناء تحرك السباح في وسط سائل.
نظرةأيضا: كيف تحدث ظاهرة الحمل الحراري وكيف تعمل
سحب الشكل
ينتج سحب الشكل من ملف فرقفي الضغط بين أجزاء مختلفة من الجسم تتحرك عبر سائل.
عندما يتحرك الجسم بسرعة عالية بما فيه الكفاية عبر سائل ، خلفه مباشرة أ منطقة مضطربةالذي يكون ضغطه أقل من الضغط أمام الجسم. ينتج عن هذا الاختلاف في الضغط أ يجرالعكسالىاشارةمن حركة الجسم.
لتقليل مقاومة السطح ، يتم سحب الأشياء المصممة للتحرك في السوائل الأشكال الهوائية ، ويتم الحصول على هذه الحالة عندما تكون منطقة الجسم متعامدة مع تدفق خطوط سائل.
نظرةأيضا: التوازن الحراري - تعلم كيفية حساب درجة حرارة التوازن
سحب الموجة
يحدث السحب الموجي فقط عندما يتحرك أي جسم بالقرب من سطح الماء، كما هو الحال عند السباحين يدفعأسفل الماء، يجري دفعلفوق، ولكن أيضًا تفقد جزءًا من الطاقة الحركية بسبب "حاجز" الماء الذي يتشكل أمامه.
مثال آخر هو السفينة ، التي تشكل موجات سحب أمام قوسها عند الحركة. لا يحدث سحب الموجة عندما تتحرك الأجسام مغمورة بالكامل في الماء.
صيغة قوة السحب
تحقق من الصيغة المستخدمة لحساب قوة السحب:
ج - معامل السحب
ρ - كثافة السوائل (كجم / م 3)
ال - مساحة الجسم المستعرضة لخطوط ديناميكية السوائل (م²)
الخامس - سرعة الجسم (م / ث)
ترتبط الصيغة بقوة السحب بـ كثافة من الوسط ، مساحة المقطع العرضي للجسم ومربع سرعة ذلك الجسم ، ولكنها تشير أيضًا إلى معامل السحب ج - كمية بلا أبعاد تعتمد بشكل مباشر على شكل الجسم ، في حالة الأجسام الكروية ، على سبيل المثال. معامل السحب هو يساوي 0.5.
نظرةأيضا: اكتشافات الفيزياء التي حدثت بالصدفة
السرعة النهائية
عندما يسقط جسم كبير الحجم من ارتفاعات كبيرة ، تتوازن قوة السحب مع القوة وزن من الكائن. بهذه الطريقة ، تصبح القوة الناتجة على الجسم فارغة وتستمر في حركتها في مسار مستقيم ، بسرعة ثابتة ، وفقًا لـ قانون نيوتن الأول، قانون القصور الذاتي.
تسمى السرعة التي يصطدم بها الجسم بالأرض بعد إطلاقه في الهواء ● السرعةطرفية، يمكن حسابها باستخدام التعبير التالي ملاحظة:
نظرةأيضا:كيفية حل تمارين قانون نيوتن
تمارين حلها على قوة السحب
السؤال رقم 1) جسم كروي (C = 0.5) بمساحة مقطع عرضي 7.0 سم² (7.0.10-4 m²) في الهواء بسرعة 10.0 م / ث. مع العلم أن كثافة الهواء تبلغ تقريبًا 1.0 كجم / م 3 وأن كثافة الجسم تبلغ 800 كجم / م 3 ، فأوجد مقدار قوة السحب المؤثرة على ذلك الجسم.
أ) 0.750 ن
ب) 0.0550 ن
ج) 0.0175 ن
د) 0.2250 شمالاً
هـ) 0.5550 ن
قالب: حرف ج
القرار:
يطلب منا التمرين حساب شدة قوة السحب ، وللقيام بذلك ، ما عليك سوى استبدال البيانات الواردة في الصيغة ، لاحظ:
السؤال 2) راجع العبارات المتعلقة بقوة السحب ، ثم حدد البديل الصحيح:
I - تتناسب قوة السحب مع مربع سرعة الجسم.
II - كلما زادت كثافة الوسط ، زادت شدة قوة السحب التي يمارسها الجسم الذي يعبره.
III - لا تعتمد السرعة النهائية لجسم يتحرك في وسط سائل على كتلة الجسم.
هم انهم حقيقية:
أ) أنا فقط
ب) الأول والثاني
ج) الأول والثاني والثالث
د) فقط II
هـ) الثاني والثالث
قالب: حرف الباء
القرار:
البدائل الصحيحة هي الأولى والثانية. فيما يتعلق بالبديل II ، فإن كثافة الوسط تتناسب طرديًا مع قوة السحب ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف ب.
السؤال 3) يتم تحرير جسم كتلته m من ارتفاع معين بالنسبة إلى الأرض ، في منطقة يوجد بها غازات جوية ، تقع تحت تأثير وزنها وقوة سحب الهواء. جسم ثان ، من نفس الشكل والحجم ، ولكن كتلته أربعة أضعاف ، يتم إسقاطه من نفس الارتفاع في نفس الظروف. أوجد العلاقة بين السرعة الحدية للجسم الثاني (v ') والسرعة النهائية للجسم الأول (v).
أ) ت = 3 فولت
ب) الخامس '= ت / 4
ج) الخامس = 4 فولت
د) ت = ت / 2
ه) ت = 16 فولت
قالب: حرف ج
القرار:
بما أن كتلة الجسم الثاني تساوي أربعة أضعاف كتلة الجسم الأول والسرعة النهائية تعتمد على الجذر التربيعي للكتلة ، السرعة النهائية للجسم الأكبر بأربعة أضعاف ستكون ضعف حجمها ، أي: v '= 4 فولت.
بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء
