Przeciąganie jest siła tarcia powstająca przez tarcie między ciałem a płynem. Siła ta działa w kierunku równoległym do powierzchni ciała iw wielu przypadkach jest proporcjonalna do kwadratu prędkości, z jaką ciało porusza się względem płynu.
Co to jest siła oporu?
Istnieją trzy różne rodzaje sił oporu, siły te nazywane są opór powierzchniowy, przeciągnij kształt i przeciąganie fali.
Ogólnie rzecz biorąc, siła tarcia, znany również jako odpornośćzpłyn, tak wiele może być aerodynamika lubić hydrodynamika, w przypadkach, gdy ciało porusza się odpowiednio w mediach gazowych i ciekłych.
Opór jest w większości przypadków proporcjonalna do kwadratu prędkościciała w stosunku do środowiska, w którym się porusza, ale też bezpośrednio proporcjonalna do powierzchni ciała poprzecznie do przepływu linii płynów.
Oprócz tych czynników kształt ciała może znacznie zmienić sposób, w jaki działa na nie siła oporu, a wszystko to zależy od tego, jak przepływają linie płynu. Później wyjaśnimy, czym one są.
Popatrzrównież: Wszystko, co musisz wiedzieć o hydrostatyce
płynne linie
płynne linie są cechy ułatwiające zrozumienie sił oporu,. Są to konstrukcje geometryczne, zwane również liniami dynamicznymi płynów. Wskazują, jak poruszają się warstwy płynu.
W przypadku, gdy płynne linie dynamiczne są nakładanie się i równolegle, przepływ płynu jest laminarny i na poruszające się po nim ciało wywierana jest bardzo mała siła oporu. W tym przypadku występuje tylko tarcie między warstwami płynu, więc mówimy, że ma tylko lepkość.
Gdy linie dynamiki płynów nie są do siebie równoległe, mówimy, że przepływ płynu przez ciało jest chaotyczny. Ten rodzaj przepływu jest w stanie znacznie zmniejszają prędkość poruszania się ciała przez to medium, przypominając przypadek, w którym pływak próbuje płynąć pod prąd wzburzonej rzeki.
opór powierzchniowy
Opór powierzchniowy to siła spowodowana poruszaniem się ciałem kieruneknaprzeciwko do płynu. Powstaje dzięki kontaktowi płynu z ciałem, poprzez natychmiastową warstwę kontaktową na jego powierzchni.
Ten rodzaj oporu powstaje z powodu chropowatości powierzchni ciała, która porusza się w płynie, ponieważ sama chropowatość zapewnia powierzchniawkontaktwiększy między obydwoma.
Przeciąganie powierzchniowe jest szeroko badane w profesjonalne zawody pływackieco jest używane is ubraniegładki, w stanie znacznie zmniejszyć opór płynu, gdy pływak porusza się w płynnym medium.
Popatrzrównież: Jak zachodzi i jak działa zjawisko konwekcji?
przeciągnij kształt
Przeciąganie kształtu wynika z a różnicaw nacisk między różnymi częściami ciała poruszającymi się w płynie.
Kiedy ciało porusza się z wystarczająco dużą prędkością przez płyn, tuż za nim a burzliwy region, którego ciśnienie jest mniejsze niż ciśnienie przed ciałem. Ta różnica ciśnień powoduje a opórprzeciwniedosensruchu ciała.
W celu zmniejszenia oporu powierzchniowego, obiekty przeznaczone do poruszania się w płynach są wciągane kształty aerodynamiczne, a warunek ten uzyskuje się, gdy powierzchnia ciała prostopadła do przepływu linii jest zmniejszona. płyn.
Popatrzrównież: Równowaga termiczna - naucz się obliczać temperaturę równowagi
przeciąganie fali
Przeciąganie fal występuje tylko wtedy, gdy jakiekolwiek ciało się porusza blisko powierzchni wody, jak w przypadku pływaków Pchaćwoda w dół, będąc pchniętydlaw górę, ale też tracąc część swojego energia kinetyczna z powodu „bariery” wody, która tworzy się przed nim.
Innym przykładem może być statek, który podczas ruchu tworzy fale ciągnące przed swoim dziobem. Opór fal nie występuje, gdy ciała poruszają się całkowicie zanurzone w wodzie.
Formuła siły przeciągania
Sprawdź wzór używany do obliczenia siły oporu:
DO – współczynnik oporu
ρ – gęstość płynu (kg/m³)
TEN – powierzchnia ciała poprzecznie do linii dynamicznych płynów (m²)
v – prędkość ciała (m/s)
Wzór wiąże siłę oporu z gęstość środka, pole przekroju poprzecznego ciała i kwadrat prędkości tego ciała, ale odnosi się również do współczynnik oporu C — wielkość bezwymiarową, która zależy bezpośrednio od kształtu przedmiotu, na przykład w przypadku przedmiotów kulistych. Współczynnik oporu wynosi równy 0,5.
Popatrzrównież: Fizyczne odkrycia, które zdarzyły się przez wypadek
prędkość końcowa
Kiedy przedmiot o znacznych rozmiarach spada z dużej wysokości, siła oporu równoważy się z siłą Waga obiektu. W ten sposób powstająca siła działająca na obiekt staje się zerowa i kontynuuje swój ruch po torze prostym, ze stałą prędkością, zgodnie z Pierwsze prawo Newtona, prawo bezwładności.
Prędkość, z jaką obiekt uderza w ziemię po wypuszczeniu w powietrze, zwana prędkośćterminal, można obliczyć za pomocą następującego wyrażenia, uwaga:
Popatrzrównież:Jak rozwiązać ćwiczenia z prawa Newtona
Rozwiązane ćwiczenia na siłę oporu
Pytanie 1) Obiekt kulisty (C = 0,5) o powierzchni przekroju 7,0 cm² (7,0,10-4 m²) przemieszcza się w powietrzu z prędkością 10,0 m/s. Wiedząc, że gęstość powietrza wynosi około 1,0 kg/m³, a gęstość obiektu wynosi 800 kg/m³, określ wielkość siły oporu działającej na ten obiekt.
a) 0,750 N
b) 0,0550 N
c) 0,0175 N
d) 0,2250 N
e) 0,5550 N
Szablon: Litera C
Rozkład:
Ćwiczenie prosi nas o obliczenie intensywności siły oporu, w tym celu wystarczy zastąpić dane podane we wzorze, obserwując:
Pytanie 2) Przejrzyj stwierdzenia dotyczące siły oporu, a następnie zaznacz właściwą alternatywę:
I - Siła oporu jest proporcjonalna do kwadratu prędkości ciała.
II - Im większa gęstość ośrodka, tym większa siła oporu wywierana przez ciało, które je przecina.
III - Prędkość końcowa ciała poruszającego się w ośrodku płynnym nie zależy od masy obiektu.
Oni są prawdziwe:
a) Tylko ja
b) I i II
c) I, II i III
d) Tylko II
e) II i III
Szablon: Literka B
Rozkład:
Prawidłowe alternatywy to I i II. Jeśli chodzi o alternatywę II, gęstość medium jest wprost proporcjonalna do siły oporu, więc właściwą alternatywą jest litera b.
Pytanie 3) Ciało o masie m jest uwalniane z pewnej wysokości w stosunku do ziemi, w obszarze, w którym występują gazy atmosferyczne opadające pod wpływem jego ciężaru i siły oporu powietrza. Drugie ciało o tym samym kształcie i rozmiarze, ale czterokrotnie większej masie, zostaje zrzucone z tej samej wysokości w tych samych warunkach. Określ zależność między prędkością końcową drugiego ciała (v') a prędkością końcową pierwszego ciała (v).
a) v' = 3v
b) v' = v/4
c) v' = 4v
d) v' = v/2
e) v' = 16v
Szablon: Litera C
Rozkład:
Ponieważ masa drugiego ciała jest czterokrotnie większa od masy pierwszego ciała, a prędkość końcowa zależy od pierwiastek kwadratowy masy, prędkość końcowa ciała, które jest cztery razy masywniejsze, będzie dwa razy większa, tj.: v' = 4v.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
