La traînée est un force de frottement résultant de la friction entre le corps et le fluide. Cette force agit dans une direction parallèle à la surface du corps et, dans de nombreux cas, est proportionnelle au carré de la vitesse à laquelle le corps se déplace par rapport au fluide.
Qu'est-ce que la force de traînée ?
Il existe trois types différents de forces de traînée, ces forces sont appelées traînée de surface, glisser de forme et traînée de vague.
En termes généraux, le force de traînée, aussi connu sous le nom la résistancedefluide, tant peut être aérodynamique aimer hydrodynamique, pour les cas où le corps se déplace dans des milieux gazeux et liquides, respectivement.
La traînée est, dans la plupart des cas, proportionnel au carré de la vitessedu corps par rapport à l'environnement dans lequel il évolue, mais aussi directement proportionnel à la surface du corps transversale à l'écoulement des conduites de fluide.
En plus de ces facteurs, la forme du corps est capable de modifier considérablement la façon dont la force de traînée agit sur lui, tout cela dépend de la façon dont les lignes fluides s'écoulent. Plus tard, nous expliquerons ce qu'ils sont.
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lignes fluides
les lignes fluides sont caractéristiques utilisées pour faciliter la compréhension des forces de traînée. Ce sont des constructions géométriques, également appelées lignes dynamiques fluides. Ils indiquent comment les couches d'un fluide se déplacent.
Dans le cas où les lignes fluides dynamiques sont chevauchement et parallèle, l'écoulement du fluide est laminaire et très peu de force de traînée est exercée sur un corps se déplaçant sur lui. Dans ce cas, il n'y a que des frottements entre les couches du fluide, donc on dit qu'il n'a que viscosité.
Lorsque les lignes dynamiques des fluides ne sont pas parallèles les unes aux autres, on dit que le flux de fluide traversant le corps est chaotique. Ce type de flux est capable de réduire considérablement la vitesse à laquelle le corps se déplace par ce moyen, ressemblant au cas où un nageur essaie de nager à contre-courant d'une rivière turbulente.
traînée de surface
La traînée de surface est la force causée par le déplacement d'un corps dans directionopposé au fluide. Il naît grâce au contact entre le fluide et le corps, à travers une couche de contact immédiat à sa surface.
Ce type de traînée survient en raison de la rugosité d'une surface corporelle qui se déplace dans le fluide, puisque la rugosité elle-même fournit un surfacedanscontactplus gros entre les deux.
Le glissement de surface est largement exploré dans compétitions de natation professionnelle, ce qui est utilisé vêtementslisse, capable de réduire considérablement la traînée du fluide pendant que le nageur se déplace en milieu liquide.
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glisser de forme
La traînée de forme résulte d'un différencedans pression entre différentes parties d'un corps se déplaçant dans un fluide.
Lorsqu'un corps se déplace à une vitesse suffisamment élevée dans un fluide, juste derrière lui un région turbulente, dont la pression est inférieure à la pression devant le corps. Cette différence de pression entraîne une traînecontraireausensdu mouvement du corps.
Afin de réduire la traînée de surface, les objets conçus pour voyager dans les fluides sont attirés dans formes aérodynamiques, et cette condition est obtenue lorsque la zone du corps qui est perpendiculaire à l'écoulement des lignes de fluide.
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traînée de vague
La traînée des vagues ne se produit que lorsqu'un corps bouge près de la surface de l'eau, comme lorsque les nageurs pousserl'eau vers le bas, étant poussépouren haut, mais aussi perdre une partie de votre énergie cinétique à cause de la « barrière » d'eau qui se forme devant elle.
Un autre exemple serait un navire, qui forme des vagues de traînée devant sa proue lorsqu'il est en mouvement. La traînée des vagues ne se produit pas lorsque les corps se déplacent complètement immergés dans l'eau.
Formule de force de traînée
Vérifiez la formule utilisée pour calculer la force de traînée :
Ç – coefficient de traînée
ρ – densité du fluide (kg/m³)
LES – surface du corps transversale aux lignes fluides dynamiques (m²)
v – vitesse du corps (m/s)
La formule relie la force de traînée à la densité du milieu, la section transversale du corps et le carré de la vitesse de ce corps, mais il se réfère également à un coefficient de traînée C — une grandeur sans dimension qui dépend directement de la forme de l'objet, dans le cas d'objets sphériques par exemple. Le coefficient de traînée est égal à 0,5.
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vitesse terminale
Lorsqu'un objet de taille importante tombe de grande hauteur, la force de traînée s'équilibre avec la force Poids de l'objet. De cette façon, la force résultante sur l'objet devient nulle et il continue son mouvement en ligne droite, à vitesse constante, selon le 1ère loi de Newton, la loi d'inertie.
La vitesse à laquelle un objet touche le sol après avoir été relâché dans les airs, appelée la rapiditéTerminal, peut être calculé à l'aide de l'expression suivante, notez :
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Exercices résolus sur la force de traînée
Question 1) Un objet sphérique (C = 0,5) avec une section transversale de 7,0 cm² (7.0.10-4 m²) se déplace dans l'air à une vitesse de 10,0 m/s. Sachant que la densité de l'air est d'environ 1,0 kg/m³ et que la densité de l'objet est de 800 kg/m³, déterminez l'amplitude de la force de traînée sur cet objet.
a) 0,750 N
b) 0,0550N
c) 0,0175N
d) 0,2250N
e) 0,5550N
Modèle: Lettre C
Résolution:
L'exercice nous demande de calculer l'intensité de la force de traînée, pour cela, il suffit de remplacer les données renseignées dans la formule, notez :
Question 2) Passez en revue les déclarations sur la force de traînée, puis cochez la bonne alternative :
I - La force de traînée est proportionnelle au carré de la vitesse du corps.
II - Plus la densité du milieu est élevée, plus l'intensité de la force de traînée exercée par un corps qui le traverse est importante.
III - La vitesse terminale d'un corps se déplaçant dans un milieu fluide ne dépend pas de la masse de l'objet.
Elles sont vrai:
a) Seulement moi
b) I et II
c) I, II et III
d) Seulement II
e) II et III
Modèle: La lettre B
Résolution:
Les alternatives correctes sont I et II. Concernant l'alternative II, la densité du milieu est directement proportionnelle à la force de traînée, donc l'alternative correcte est la lettre b.
Question 3) Un corps de masse m est libéré d'une certaine hauteur par rapport au sol, dans une région où il y a présence de gaz atmosphériques, tombant sous l'effet de son poids et de la force de traînée de l'air. Un deuxième corps, de même forme et taille, mais quatre fois plus lourd, est lâché de la même hauteur dans les mêmes conditions. Déterminer la relation entre la vitesse terminale du deuxième corps (v') et la vitesse terminale du premier corps (v).
a) v' = 3v
b) v' = v/4
c) v' = 4v
d) v' = v/2
e) v' = 16v
Modèle: Lettre C
Résolution:
Puisque la masse du deuxième corps est quatre fois la masse du premier corps et la vitesse terminale dépend de la racine carrée de la masse, la vitesse terminale du corps qui est quatre fois plus massive sera deux fois plus grande, c'est-à-dire: v' = 4v.
Par Rafael Hellerbrock
Professeur de physique