De weerstand is een wrijvingskracht die ontstaat door de wrijving tussen het lichaam en de vloeistof. Deze kracht werkt in een richting evenwijdig aan het oppervlak van het lichaam en is in veel gevallen evenredig met het kwadraat van de snelheid waarmee het lichaam beweegt ten opzichte van de vloeistof.
Wat is sleepkracht?
Er zijn drie verschillende soorten weerstandskrachten, deze krachten worden oppervlakteweerstand, vorm slepen en golf slepen.
In algemene termen is de trekkracht, ook gekend als weerstandvanvloeistof, er kan zoveel zijn aërodynamica Leuk vinden hydrodynamica, voor gevallen waarin het lichaam respectievelijk in gasvormige en vloeibare media beweegt.
De weerstand is in de meeste gevallen evenredig met het kwadraat van de snelheidvan het lichaam in relatie tot de omgeving waarin het beweegt, maar ook direct evenredig met het gebied van het lichaam dwars op de stroom van de vloeistofleidingen.
Naast deze factoren is de vorm van het lichaam in staat om de manier waarop de sleepkracht erop inwerkt sterk te veranderen, wat allemaal afhangt van hoe de vloeistoflijnen stromen. Welke dat zijn, zullen we later uitleggen.
Kijkenook: Alles wat u moet weten over hydrostatica
vloeiende lijnen
vloeiende lijnen zijn functies die worden gebruikt om het begrip van sleepkrachten te vergemakkelijken. Dit zijn geometrische constructies, ook wel vloeiende dynamische lijnen genoemd. Ze geven aan hoe de lagen van een vloeistof bewegen.
In het geval dat de vloeistofdynamische lijnen zijn overlappend en parallel, vloeistofstroom is laminair en er wordt zeer weinig weerstand uitgeoefend op een lichaam dat eroverheen beweegt. In dit geval is er alleen wrijving tussen de lagen van de vloeistof, dus we zeggen dat het alleen viscositeit:.
Wanneer de vloeistofdynamische lijnen niet evenwijdig aan elkaar zijn, zeggen we dat de vloeistofstroom door het lichaam is chaotisch. Dit type stroming is in staat tot: de snelheid waarmee het lichaam beweegt aanzienlijk verminderen door dit medium, vergelijkbaar met het geval waarin een zwemmer tegen de stroom van een turbulente rivier probeert te zwemmen.
oppervlakteweerstand
Oppervlakteweerstand is die kracht die wordt veroorzaakt door een lichaam naar binnen te bewegen richtingtegenover naar de vloeistof. Het ontstaat dankzij het contact tussen de vloeistof en het lichaam, via een onmiddellijke contactlaag op het oppervlak.
Dit type weerstand ontstaat door de ruwheid van een lichaamsoppervlak dat in de vloeistof beweegt, aangezien de ruwheid zelf zorgt voor een Oppervlakteincontactgroter tussen beide.
Oppervlakteslepen wordt veel onderzocht in professionele zwemwedstrijden, wat wordt gebruikt? klerenglad, in staat om de vloeistofweerstand aanzienlijk te verminderen terwijl de zwemmer zich in vloeibaar medium beweegt.
Kijkenook: Hoe ontstaat het fenomeen convectie en hoe werkt het?
vorm slepen
De vormsleep is het resultaat van a verschilin druk tussen verschillende lichaamsdelen die door een vloeistof bewegen.
Wanneer een lichaam met voldoende snelheid door een vloeistof beweegt, net erachter turbulente regio, waarvan de druk lager is dan de druk voor het lichaam. Dit drukverschil resulteert in een slepentegendeelnaar dezinvan lichaamsbeweging.
Om de oppervlakteweerstand te verminderen, worden objecten die zijn ontworpen om in vloeistoffen te bewegen, naar binnen getrokken aerodynamische vormen, en deze toestand wordt verkregen wanneer het gebied van het lichaam dat loodrecht op de stroom van de lijnen staat, wordt verkleind. vloeistof.
Kijkenook: Thermisch evenwicht - leer evenwichtstemperatuur berekenen
golf slepen
Golfweerstand treedt alleen op wanneer een lichaam beweegt dichtbij het wateroppervlak, zoals bij zwemmers Duwenhet water naar beneden, wezen geduwdvooromhoog, maar ook een deel van je. verliezen kinetische energie vanwege de "barrière" van water die zich ervoor vormt.
Een ander voorbeeld is een schip, dat tijdens het varen sleepgolven voor zijn boeg vormt. Golfweerstand treedt niet op wanneer lichamen volledig ondergedompeld in water bewegen.
Drag force formule
Controleer de formule die wordt gebruikt om de sleepkracht te berekenen:
Ç – luchtweerstandscoëfficiënt
ρ – vloeistofdichtheid (kg/m³)
DE – oppervlakte van het lichaam dwars op vloeistof dynamische lijnen (m²)
v – lichaamssnelheid (m/s)
De formule relateert de weerstandskracht aan de dichtheid van het midden, de dwarsdoorsnede van het lichaam en het kwadraat van de snelheid van dat lichaam, maar het verwijst ook naar een luchtweerstandscoëfficiënt C — een dimensieloze grootheid die direct afhangt van de vorm van het object, bijvoorbeeld in het geval van bolvormige objecten. De luchtweerstandscoëfficiënt is gelijk aan 0,5.
Kijkenook: Natuurkundige ontdekkingen die per ongeluk zijn gebeurd
eindsnelheid
Wanneer een voorwerp van aanzienlijke omvang van grote hoogte valt, balanceert de weerstandskracht met de kracht Gewicht van het voorwerp. Op deze manier wordt de resulterende kracht op het object nul en vervolgt het zijn beweging in een rechte baan, met constante snelheid, volgens de De 1e wet van Newton, de wet van traagheid.
De snelheid waarmee een object de grond raakt nadat het in de lucht is losgelaten, de snelheidterminal, kan worden berekend met behulp van de volgende uitdrukking, let op:
Kijkenook:Oefeningen voor de wet van Newton oplossen?
Opgeloste oefeningen op sleepkracht
Vraag 1) Een bolvormig object (C = 0,5) met een doorsnede van 7,0 cm² (7.0.10-4 m²) reist door de lucht met een snelheid van 10,0 m/s. Wetende dat de dichtheid van lucht ongeveer 1,0 kg/m³ is en dat de dichtheid van het object 800 kg/m³ is, bepaal dan de grootte van de weerstandskracht op dat object.
a) 0,750 N
b) 0,0550 N
c) 0,0175 N
d) 0,2250 N
e) 0,5550 N
Feedback: Letter C
Resolutie:
De oefening vraagt ons om de intensiteit van de weerstandskracht te berekenen, om dit te doen, vervang gewoon de gegevens in de formule, observeer:
Vraag 2) Bekijk de uitspraken over de sleepkracht en kruis vervolgens het juiste alternatief aan:
I - De weerstandskracht is evenredig met het kwadraat van de snelheid van het lichaam.
II - Hoe groter de dichtheid van het medium, hoe groter de intensiteit van de sleepkracht die wordt uitgeoefend door een lichaam dat het kruist.
III - De eindsnelheid van een lichaam dat in een vloeibaar medium beweegt, is niet afhankelijk van de massa van het object.
Zij zijn waar:
a) Alleen ik
b) I en II
c) I, II en III
d) Alleen II
e) II en III
Sjabloon: Letter B
Resolutie:
De juiste alternatieven zijn I en II. Wat betreft alternatief II is de dichtheid van het medium recht evenredig met de weerstandskracht, dus het juiste alternatief is de letter b.
Vraag 3) Een lichaam met massa m wordt losgelaten vanaf een bepaalde hoogte ten opzichte van de grond, in een gebied waar atmosferische gassen aanwezig zijn, die vallen onder de invloed van zijn gewicht en de luchtweerstand. Een tweede lichaam, van dezelfde vorm en grootte, maar vier keer de massa, wordt onder dezelfde omstandigheden van dezelfde hoogte gedropt. Bepaal de relatie tussen de eindsnelheid van het tweede lichaam (v') en de eindsnelheid van het eerste lichaam (v).
a) v' = 3v
b) v' = v/4
c) v' = 4v
d) v' = v/2
e) v' = 16v
Feedback: Letter C
Resolutie:
Aangezien de massa van het tweede lichaam vier keer de massa van het eerste lichaam is en de eindsnelheid afhangt van de vierkantswortel van de massa, de eindsnelheid van het lichaam dat vier keer zo zwaar is, zal twee keer zo groot zijn, dwz: v' = 4v.
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
