แรงลาก: มันคืออะไรประเภทและแบบฝึกหัด

การลากคือ แรงเสียดทานที่เกิดขึ้นผ่าน แรงเสียดทาน ระหว่างร่างกายกับของเหลว แรงนี้กระทำในทิศทางขนานกับพื้นผิวของร่างกาย และในหลายกรณี เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วที่ร่างกายเคลื่อนที่สัมพันธ์กับของเหลว

แรงฉุดคืออะไร?

แรงลากมีสามประเภท แรงเหล่านี้เรียกว่า ลากพื้นผิว, ลากรูปร่าง และ ลากคลื่น.

โดยทั่วไปแล้ว แรงลากหรือที่เรียกว่า แนวต้านของของเหลว มากสามารถ อากาศพลศาสตร์ ชอบ อุทกพลศาสตร์ สำหรับกรณีที่ร่างกายเคลื่อนที่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซและของเหลวตามลำดับ

รูปทรงของตัวรถช่วยลดแรงต้านอากาศพลศาสตร์

ในกรณีส่วนใหญ่การลากคือ ได้สัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วของร่างกายที่สัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมที่เคลื่อนไหวแต่ยังโดยตรง สัดส่วนกับพื้นที่ของร่างกายตามขวางการไหลของเส้นของเหลว

นอกจากปัจจัยเหล่านี้แล้ว รูปร่างของร่างกายยังสามารถเปลี่ยนแปลงวิธีที่แรงลากกระทำกับมันได้อย่างมาก ซึ่งทั้งหมดขึ้นอยู่กับว่าเส้นของไหลไหลอย่างไร ต่อมาเราจะอธิบายว่ามันคืออะไร

ดูยัง: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับไฮโดรสแตติกส์

เส้นของเหลว

เส้นของเหลวคือ คุณสมบัติที่ใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจแรงลาก. สิ่งเหล่านี้คือโครงสร้างทางเรขาคณิตหรือที่เรียกว่าเส้นไดนามิกของไหล พวกเขาระบุว่าชั้นของของเหลวเคลื่อนที่อย่างไร

ในกรณีที่เส้นไดนามิกของไหลอยู่ ทับซ้อนกัน และ ขนาน, การไหลของของไหลเป็นแบบราบเรียบและมีแรงลากน้อยมากที่กระทำต่อร่างกายที่เคลื่อนที่เหนือมัน ในกรณีนี้มีเพียงความเสียดทานระหว่างชั้นของของไหลเราจึงกล่าวได้ว่ามีเพียง ความหนืด.

รูปแสดงเส้นของไหลผ่านร่างกายที่มีรูปร่างต่างกัน

เมื่อเส้นไดนามิกของไหลไม่ขนานกัน เรากล่าวได้ว่าการไหลของของไหลที่ไหลผ่านร่างกายคือ วุ่นวาย การไหลประเภทนี้สามารถ ลดความเร็วที่ร่างกายเคลื่อนไหวอย่างมาก ผ่านสื่อนี้ คล้ายกับกรณีที่นักว่ายน้ำพยายามว่ายทวนกระแสน้ำเชี่ยวกราก

ลากพื้นผิว

แรงลากที่พื้นผิวคือแรงที่เกิดจากการเคลื่อนตัวเข้าที่ ทิศทางตรงข้าม ไปที่ของเหลว มันเกิดขึ้นจากการสัมผัสระหว่างของเหลวกับร่างกายผ่านชั้นสัมผัสทันทีบนพื้นผิวของมัน

การลากประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความขรุขระของพื้นผิวของร่างกายที่เคลื่อนที่ในของเหลว เนื่องจากความหยาบนั้นทำให้เกิด พื้นที่ในติดต่อใหญ่กว่า ระหว่างทั้งสอง

การลากพื้นผิวมีการสำรวจอย่างกว้างขวางใน การแข่งขันว่ายน้ำมืออาชีพ, ใช้อะไร เสื้อผ้าเรียบ, สามารถลดแรงต้านของของไหลได้อย่างมากในขณะที่นักว่ายน้ำเคลื่อนที่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว

ดูยัง: ปรากฏการณ์การพาความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำงานอย่างไร

ลากรูปร่าง

การลากรูปร่างเป็นผลมาจาก a ความแตกต่างใน ความดัน ระหว่างส่วนต่าง ๆ ของร่างกายที่เคลื่อนที่ผ่านของเหลว

เมื่อร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงพอผ่านของเหลว ข้างหลังมัน a ภูมิภาคที่ปั่นป่วนซึ่งความดันน้อยกว่าความดันที่อยู่ด้านหน้าของร่างกาย ความแตกต่างของความดันนี้ส่งผลให้เกิดa ลากตรงกันข้ามเพื่อความรู้สึกของการเคลื่อนไหวร่างกาย

เพื่อลดการลากพื้นผิว วัตถุที่ออกแบบมาเพื่อเดินทางในของเหลวจะถูกดึงเข้ามา รูปทรงแอโรไดนามิกและเงื่อนไขนี้ได้เมื่อพื้นที่ของร่างกายที่ตั้งฉากกับการไหลของเส้นของ ของเหลว

ดูยัง: สมดุลความร้อน - เรียนรู้การคำนวณอุณหภูมิสมดุล

ลากคลื่น

การลากคลื่นจะเกิดขึ้นเมื่อร่างกายเคลื่อนไหวเท่านั้น ใกล้ผิวน้ำอย่างเช่นเมื่อนักว่ายน้ำ ดันน้ำลง, เป็น ผลักสำหรับขึ้น แต่ยังสูญเสียส่วนหนึ่งของ พลังงานจลน์ เพราะมี “สิ่งกีดขวาง” ของน้ำที่อยู่ตรงหน้า

อีกตัวอย่างหนึ่งคือเรือรบซึ่งก่อตัวเป็นคลื่นลากไปข้างหน้าคันธนูเมื่อเคลื่อนที่ การลากคลื่นจะไม่เกิดขึ้นเมื่อร่างกายเคลื่อนไหวโดยแช่อยู่ในน้ำ

คันธนูของเรือสร้างคลื่นลากไปข้างหน้าขณะที่มันเคลื่อนที่

สูตรแรงลาก

ตรวจสอบสูตรที่ใช้คำนวณแรงลาก:

ค – ค่าสัมประสิทธิ์การลาก

ρ – ความหนาแน่นของของเหลว (กก./ลบ.ม.)

เธ – พื้นที่ของร่างกายขวางกับเส้นไดนามิกของไหล (m²)

วี – ความเร็วของร่างกาย (m/s)

สูตรเกี่ยวข้องกับแรงลากกับ drag ความหนาแน่น ของจุดศูนย์กลาง พื้นที่หน้าตัดของร่างกาย และกำลังสองของความเร็วของวัตถุนั้น แต่ยังหมายถึง ค่าสัมประสิทธิ์การลาก C — ปริมาณไร้มิติที่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวัตถุโดยตรง เช่น ในกรณีของวัตถุทรงกลม เป็นต้น สัมประสิทธิ์การลากคือ เท่ากับ 0.5.

ดูยัง: การค้นพบทางฟิสิกส์ที่เกิดขึ้นโดยอุบัติเหตุ

ความเร็วขั้ว

เมื่อวัตถุขนาดใหญ่ตกลงมาจากที่สูง แรงลากจะสมดุลกับแรง น้ำหนัก ของวัตถุ ด้วยวิธีนี้ แรงที่เกิดขึ้นบนวัตถุจะกลายเป็นโมฆะและเคลื่อนที่ต่อไปในเส้นทางตรงด้วยความเร็วคงที่ตาม กฎข้อที่ 1 ของนิวตัน, กฎความเฉื่อย

ความเร็วที่วัตถุตกกระทบพื้นหลังจากถูกปล่อยสู่อากาศ เรียกว่า ความเร็วขั้ว, สามารถคำนวณได้โดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้ หมายเหตุ:

ดูยัง:วิธีแก้แบบฝึกหัดกฎของนิวตัน

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับแรงลาก

คำถามที่ 1) วัตถุทรงกลม (C = 0.5) ที่มีพื้นที่หน้าตัด 7.0 ซม.² (7.0.10)^-4 m²) เดินทางในอากาศด้วยความเร็ว 10.0 m/s เมื่อทราบว่าความหนาแน่นของอากาศอยู่ที่ประมาณ 1.0 กก./ลบ.ม. และความหนาแน่นของวัตถุอยู่ที่ 800 กก./ลบ.ม. ให้กำหนดขนาดของแรงลากบนวัตถุนั้น

ก) 0.750 N

ข) 0.0550 N

ค) 0.0175 N

ง) 0.2250 N

จ) 0.5550 ไม่มี

แม่แบบ: ตัวอักษร C

ความละเอียด:

แบบฝึกหัดขอให้เราคำนวณความเข้มของแรงลาก ให้แทนที่ข้อมูลที่แจ้งในสูตร แล้วสังเกต:

คำถามที่ 2) ตรวจสอบข้อความเกี่ยวกับแรงลาก จากนั้นทำเครื่องหมายทางเลือกที่ถูกต้อง:

I - แรงลากเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วลำตัว

II - ยิ่งความหนาแน่นของตัวกลางมากเท่าใด ความเข้มของแรงลากที่กระทำโดยวัตถุที่ข้ามก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

III - ความเร็วปลายของวัตถุที่เคลื่อนที่ในตัวกลางของไหลไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุ

พวกเขาเป็น จริง:

ก) ฉันเท่านั้น

ข) ฉันและII

ค) I, II และ III

ง) เฉพาะII

จ) II และ III

แม่แบบ: จดหมายข

ความละเอียด:

ทางเลือกที่ถูกต้องคือ I และ II สำหรับทางเลือก II ความหนาแน่นของตัวกลางเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงลาก ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร b

คำถามที่ 3) วัตถุมวล m ถูกปลดปล่อยจากความสูงระดับหนึ่งซึ่งสัมพันธ์กับพื้นดิน ในบริเวณที่มีก๊าซในชั้นบรรยากาศ ตกอยู่ภายใต้ผลกระทบของน้ำหนักและแรงลากของอากาศ ร่างที่สองที่มีรูปร่างและขนาดเท่ากัน แต่มีมวลสี่เท่า ถูกทิ้งจากความสูงเท่ากันภายใต้สภาวะเดียวกัน กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วปลายของวัตถุที่สอง (v') กับความเร็วปลายของวัตถุที่หนึ่ง (v)

ก) v' = 3v

b) v' = v/4

ค) v' = 4v

ง) v' = v/2

จ) v' = 16v

แม่แบบ: ตัวอักษร C

ความละเอียด:

เนื่องจากมวลของวัตถุที่สองมีสี่เท่าของมวลวัตถุแรก และความเร็วปลายจะขึ้นอยู่กับ รากที่สองของมวล ความเร็วปลายของวัตถุที่มีมวลมากกว่าสี่เท่าจะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า กล่าวคือ v' = 4v.

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์