Der Widerstand ist a Reibungskraft, die durch die Reibung zwischen Körper und Flüssigkeit. Diese Kraft wirkt in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Körpers und ist in vielen Fällen proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit, mit der sich der Körper relativ zur Flüssigkeit bewegt.
Was ist Widerstandskraft?
Es gibt drei verschiedene Arten von Widerstandskräften, diese Kräfte werden genannt Oberflächenwiderstand, Form ziehen und Wellenwiderstand.
Im Allgemeinen ist die Zugkraft, auch bekannt als WiderstandvonFlüssigkeit, so viel kann sein Aerodynamik mögen Hydrodynamik, für Fälle, in denen sich der Körper in gasförmigen bzw. flüssigen Medien bewegt.
Der Widerstand ist in den meisten Fällen proportional zum Quadrat der Geschwindigkeitdes Körpers in Bezug auf die Umgebung, in der er sich bewegt, aber auch direkt proportional zur Körperfläche quer zur Strömung der Flüssigkeitsleitungen.
Zusätzlich zu diesen Faktoren kann die Form des Körpers die Art und Weise, wie die Widerstandskraft auf ihn einwirkt, stark verändern, was alles davon abhängt, wie die Flüssigkeitsleitungen fließen. Später werden wir erklären, was sie sind.
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Flüssigkeitsleitungen
Flüssigkeitsleitungen sind Funktionen, die verwendet werden, um das Verständnis der Widerstandskräfte zu erleichtern. Dies sind geometrische Konstruktionen, auch fluiddynamische Linien genannt. Sie geben an, wie sich die Schichten einer Flüssigkeit bewegen.
Für den Fall, dass die fluiddynamischen Linien überlappend und parallel, Die Flüssigkeitsströmung ist laminar und es wird nur eine sehr geringe Widerstandskraft auf einen sich darüber bewegenden Körper ausgeübt. In diesem Fall gibt es nur Reibung zwischen den Flüssigkeitsschichten, also sagen wir, dass es nur Viskosität.
Wenn die strömungsdynamischen Linien nicht parallel zueinander sind, sagen wir, dass der Flüssigkeitsstrom durch den Körper chaotisch. Diese Art von Strömung ist in der Lage die Geschwindigkeit, mit der sich der Körper bewegt, stark reduzieren durch dieses Medium, ähnlich dem Fall, in dem ein Schwimmer versucht, gegen die Strömung eines turbulenten Flusses zu schwimmen.
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Oberflächenwiderstand
Der Oberflächenwiderstand ist die Kraft, die durch die Bewegung eines Körpers in RichtungGegenteil zur Flüssigkeit. Es entsteht durch den Kontakt zwischen der Flüssigkeit und dem Körper durch eine unmittelbare Kontaktschicht auf seiner Oberfläche.
Diese Art von Widerstand entsteht durch die Rauheit einer sich in der Flüssigkeit bewegenden Körperoberfläche, da die Rauheit selbst eine BereichimKontaktgrößer zwischen beiden.
Oberflächenschleppen wird weithin erforscht in professionelle Schwimmwettbewerbe, was wird verwendet Kleiderglatt, in der Lage, den Flüssigkeitswiderstand erheblich zu reduzieren, während sich der Schwimmer im flüssigen Medium bewegt.
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Form ziehen
Der Formwiderstand ergibt sich aus a Unterschiedim Druck zwischen verschiedenen Körperteilen, die sich durch eine Flüssigkeit bewegen.
Wenn sich ein Körper mit ausreichend hoher Geschwindigkeit durch eine Flüssigkeit bewegt, direkt dahinter a turbulente Region, deren Druck geringer ist als der Druck vor dem Körper. Diese Druckdifferenz ergibt a ziehenGegenteilzumSinnder Körperbewegung.
Um den Oberflächenwiderstand zu reduzieren, werden Objekte eingezeichnet, die sich in Flüssigkeiten bewegen sollen aerodynamische Formen, und diese Bedingung wird erreicht, wenn der Bereich des Körpers senkrecht zum Fluss der Linien von Flüssigkeit.
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Wellenwiderstand
Wellenwiderstand tritt nur auf, wenn sich ein Körper bewegt nahe der Wasseroberfläche, wie beim Schwimmer drückendas Wasser runter, sein geschobenzumoben, aber auch einen Teil von dir verlieren kinetische Energie wegen der „Barriere“ von Wasser, die sich davor bildet.
Ein anderes Beispiel wäre ein Schiff, das in Bewegung vor seinem Bug Schleppwellen bildet. Wellenwiderstand tritt nicht auf, wenn sich Körper vollständig im Wasser bewegen.
Formel für die Widerstandskraft
Überprüfen Sie die Formel zur Berechnung der Widerstandskraft:
Ç – Luftwiderstandsbeiwert
ρ – Flüssigkeitsdichte (kg/m³)
DAS – Körperfläche quer zu fließenden dynamischen Linien (m²)
v – Körpergeschwindigkeit (m/s)
Die Formel bezieht die Widerstandskraft auf die Dichte der Mitte, die Querschnittsfläche des Körpers und das Quadrat der Geschwindigkeit dieses Körpers, aber es bezieht sich auch auf a Luftwiderstandsbeiwert C — eine dimensionslose Größe, die direkt von der Form des Objekts abhängt, z. B. bei kugelförmigen Objekten. Der Luftwiderstandsbeiwert ist gleich 0,5.
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Höchstgeschwindigkeit
Wenn ein Objekt von beträchtlicher Größe aus großer Höhe fällt, gleicht sich die Widerstandskraft mit der Kraft aus Gewicht des Objekts. Auf diese Weise wird die resultierende Kraft auf das Objekt null und es setzt seine Bewegung auf einer geraden Bahn mit konstanter Geschwindigkeit gemäß der Newtons 1. Gesetz, das Trägheitsgesetz.
Die Geschwindigkeit, mit der ein Objekt den Boden berührt, nachdem es in die Luft entlassen wurde, genannt GeschwindigkeitTerminal, kann mit dem folgenden Ausdruck berechnet werden, beachten Sie:
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Gelöste Übungen zur Widerstandskraft
Frage 1) Ein kugelförmiges Objekt (C = 0,5) mit einer Querschnittsfläche von 7,0 cm² (7,0,10-4 m²) bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 10,0 m/s durch die Luft. Wenn Sie wissen, dass die Dichte der Luft ungefähr 1,0 kg/m³ beträgt und die Dichte des Objekts 800 kg/m³ beträgt, bestimmen Sie die Größe der Widerstandskraft auf dieses Objekt.
a) 0,750 N
b) 0,0550 N
c) 0,0175 N
d) 0,2250 N
e) 0,5550 N
Vorlage: Buchstabe C
Auflösung:
Die Übung fordert uns auf, die Intensität der Widerstandskraft zu berechnen. Dazu ersetzen Sie einfach die in der Formel angegebenen Daten und beachten:
Frage 2) Überprüfen Sie die Aussagen zur Widerstandskraft und kreuzen Sie dann die richtige Alternative an:
I - Die Widerstandskraft ist proportional zum Quadrat der Körpergeschwindigkeit.
II - Je größer die Dichte des Mediums ist, desto größer ist die Intensität der Widerstandskraft, die ein Körper ausübt, der es durchquert.
III - Die Endgeschwindigkeit eines Körpers, der sich in einem flüssigen Medium bewegt, hängt nicht von der Masse des Objekts ab.
Sie sind wahr:
a) Nur ich
b) I und II
c) I, II und III
d) Nur II
e) II und III
Vorlage: Buchstabe b
Auflösung:
Die richtigen Alternativen sind I und II. Bei Alternative II ist die Dichte des Mediums direkt proportional zur Widerstandskraft, daher ist die richtige Alternative der Buchstabe b.
Frage 3) Ein Körper der Masse m wird aus einer bestimmten Höhe in Bezug auf den Boden in einem Bereich freigesetzt, in dem atmosphärische Gase vorhanden sind, und fällt unter der Wirkung seines Gewichts und der Luftwiderstandskraft. Ein zweiter Körper gleicher Form und Größe, aber vierfacher Masse, wird unter den gleichen Bedingungen aus der gleichen Höhe fallen gelassen. Bestimmen Sie den Zusammenhang zwischen der Endgeschwindigkeit des zweiten Körpers (v') und der Endgeschwindigkeit des ersten Körpers (v).
a) v' = 3v
b) v' = v/4
c) v' = 4v
d) v' = v/2
e) v' = 16v
Vorlage: Buchstabe C
Auflösung:
Da die Masse des zweiten Körpers das Vierfache der Masse des ersten Körpers beträgt und die Endgeschwindigkeit von der Quadratwurzel der Masse ist die Endgeschwindigkeit des viermal so großen Körpers doppelt so groß, dh: v' = 4v.
Von Rafael Hellerbrock
Physik Lehrer
