Sürükleme kuvveti: nedir, çeşitleri ve alıştırmaları

Sürükleme bir tarafından ortaya çıkan sürtünme kuvveti sürtünme vücut ve sıvı arasında. Bu kuvvet cismin yüzeyine paralel bir yönde etki eder ve çoğu durumda cismin sıvıya göre hareket ettiği hızın karesiyle orantılıdır.

Sürükleme kuvveti nedir?

Üç farklı türde sürükleme kuvveti vardır ve bu kuvvetlere denir. yüzey sürüklemesi, şekil sürükle ve dalga sürükle.

Genel anlamda, sürükleme kuvveti, Ayrıca şöyle bilinir dirençnın-ninsıvı, çok şey olabilir aerodinamik sevmek hidrodinamik, vücudun sırasıyla gaz ve sıvı ortamda hareket ettiği durumlar için.

Arabaların şekli aerodinamik sürtünmeyi azaltmaya yardımcı olur.

Sürükleme, çoğu durumda, hızın karesi ile orantılıvücudun hareket ettiği ortama göredeğil, aynı zamanda doğrudan sıvı hatlarının akışına çapraz vücut alanı ile orantılı.

Bu faktörlere ek olarak, cismin şekli, sıvı hatlarının nasıl aktığına bağlı olarak, sürükleme kuvvetinin ona etki etme şeklini büyük ölçüde değiştirebilir. Daha sonra bunların ne olduğunu açıklayacağız.

BakAyrıca: Hidrostatik hakkında bilmeniz gereken her şey

sıvı hatları

sıvı hatları sürükleme kuvvetlerinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için kullanılan özellikler. Bunlar, akışkan dinamik çizgiler olarak da adlandırılan geometrik yapılardır. Bir sıvının katmanlarının nasıl hareket ettiğini gösterirler.

Akışkan dinamiği çizgilerinin olduğu durumda örtüşen ve paralel, sıvı akışı laminerdir ve üzerinde hareket eden bir cisme çok az sürükleme kuvveti uygulanır. Bu durumda sıvının katmanları arasında sadece sürtünme vardır, bu nedenle sıvının sadece viskozite.

Şekil, farklı şekillerdeki cisimlerin içinden geçen akışkan çizgileri göstermektedir.

Akışkan dinamiği çizgileri birbirine paralel olmadığında, vücuttan akışkan akışının olduğunu söyleriz. kaotik. Bu akış türü, vücudun hareket hızını büyük ölçüde azaltır Bu ortam aracılığıyla, bir yüzücünün çalkantılı bir nehrin akıntısına karşı yüzmeye çalıştığı duruma benzer.

yüzey sürüklemesi

Yüzey sürüklemesi, bir cismin hareket etmesinden kaynaklanan kuvvettir. yönkarşısında sıvıya. Yüzeyindeki ani bir temas tabakası aracılığıyla sıvı ile vücut arasındaki temas sayesinde ortaya çıkar.

Bu tür sürükleme, akışkan içinde hareket eden bir vücut yüzeyinin pürüzlülüğü nedeniyle ortaya çıkar, çünkü pürüzlülüğün kendisi bir alaniçindeİletişimdaha büyük ikisi arasında.

Yüzey sürükleme yaygın olarak araştırılmaktadır profesyonel yüzme yarışmaları, ne kullanılır çamaşırlarpürüzsüz, yüzücü sıvı ortamda hareket ederken sıvı sürtünmesini önemli ölçüde azaltabilir.

BakAyrıca: Konveksiyon olgusu nasıl oluşur ve nasıl çalışır?

şekil sürükle

Şekil sürüklemesi, bir farkiçinde basınç Bir sıvı içinde hareket eden bir vücudun farklı bölümleri arasında.

Bir cisim bir sıvı içinde yeterince yüksek bir hızda hareket ettiğinde, hemen arkasında bir çalkantılı bölge, basıncı vücudun önündeki basınçtan daha az olan. Bu basınç farkı, bir sürüklemekaksineiçinduyuvücut hareketinden.

Yüzey sürtünmesini azaltmak için sıvılarda hareket edecek şekilde tasarlanmış nesneler içeri çekilir. aerodinamik şekiller ve bu durum, vücudun çizgilerin akışına dik olan alanı azaltıldığında elde edilir. sıvı.

BakAyrıca: Termal denge - denge sıcaklığını hesaplamayı öğrenin

dalga sürükle

Dalga sürüklemesi yalnızca herhangi bir vücut hareket ettiğinde gerçekleşir su yüzeyine yakın, yüzücüler gibi itsu aşağı, olmak ittiiçinyukarı, ama aynı zamanda bir kısmını kaybetmek kinetik enerji önünde oluşan suyun “bariyeri” nedeniyle.

Başka bir örnek, hareket halindeyken pruvasının önünde sürükleme dalgaları oluşturan bir gemi olabilir. Vücutlar tamamen suya daldırılmış halde hareket ettiğinde dalga sürüklemesi oluşmaz.

Geminin pruvası, hareket ettikçe önünde sürükleme dalgaları üretir.

Sürükleme kuvveti formülü

Sürükleme kuvvetini hesaplamak için kullanılan formülü kontrol edin:

Ç – sürükleme katsayısı

ρ – sıvı yoğunluğu (kg/m³)

bu – akışkan dinamik çizgilere çapraz vücut alanı (m²)

v – vücut hızı (m/sn)

Formül, sürükleme kuvveti ile ilgilidir. yoğunluk ortanın, vücudun enine kesit alanı ve o cismin hızının karesi, ancak aynı zamanda bir sürükleme katsayısı C - örneğin küresel nesneler söz konusu olduğunda, doğrudan nesnenin şekline bağlı olan boyutsuz bir miktar. sürükleme katsayısı 0,5'e eşit.

BakAyrıca: Kazayla Gerçekleşen Fizik Keşifleri

terminal hızı

Önemli boyutta bir nesne büyük bir yükseklikten düştüğünde, sürükleme kuvveti kuvvet ile dengelenir. Ağırlık nesnenin. Bu şekilde cisim üzerinde oluşan kuvvet sıfır olur ve hareketine cisme göre sabit hızla düz bir yolda devam eder. Newton'un 1. Yasası, eylemsizlik yasası.

Bir cismin havaya bırakıldıktan sonra yere çarpma hızına denir. hızterminal, aşağıdaki ifade kullanılarak hesaplanabilir, not edin:

BakAyrıca:Newton Yasası Alıştırmaları Nasıl Çözülür?

Sürükleme kuvvetiyle ilgili çözülmüş alıştırmalar

Soru 1) 7.0 cm² (7.0.10) kesit alanına sahip küresel bir nesne (C = 0.5)^-4 m²) havada 10.0 m/s hızla hareket eder. Havanın yoğunluğunun yaklaşık 1.0 kg/m³ olduğunu ve cismin yoğunluğunun 800 kg/m³ olduğunu bilerek, o cisme etkiyen sürükleme kuvvetinin büyüklüğünü belirleyiniz.

a) 0.750 N

b) 0.0550 N

c) 0.0175 N

d) 0.2250 N

e) 0,5550 N

şablon: C harfi

çözüm:

Alıştırma bizden sürükleme kuvveti yoğunluğunu hesaplamamızı istiyor, bunu yapmak için formülde belirtilen verileri değiştirin, gözlemleyin:

Soru 2) Sürükleme kuvvetiyle ilgili ifadeleri gözden geçirin, ardından doğru alternatifi işaretleyin:

I - Sürükleme kuvveti, vücudun hızının karesiyle orantılıdır.

II - Ortamın yoğunluğu ne kadar büyük olursa, onu geçen bir cismin uyguladığı sürükleme kuvvetinin yoğunluğu da o kadar büyük olur.

III - Akışkan bir ortamda hareket eden bir cismin son hızı, cismin kütlesine bağlı değildir.

Onlar doğru:

a) Sadece ben

b) I ve II

c) I, II ve III

d) Yalnız II

e) II ve III

Şablon: B 'harfi

Çözüm:

Doğru alternatifler I ve II'dir. Alternatif II ile ilgili olarak, ortamın yoğunluğu sürükleme kuvveti ile doğru orantılıdır, dolayısıyla doğru alternatif b harfidir.

Soru 3) Atmosferik gazların bulunduğu bir bölgede, ağırlığının ve havanın sürükleme kuvvetinin etkisiyle yere göre belirli bir yükseklikten m kütleli bir cisim salınmaktadır. Aynı şekil ve büyüklükte, ancak kütlesinin dört katı olan ikinci bir cisim, aynı koşullar altında aynı yükseklikten düşürülür. İkinci cismin son hızı (v') ile birinci cismin (v) son hızı arasındaki ilişkiyi belirleyin.

a) v' = 3v

b) v' = v/4

c) v' = 4v

d) v' = v/2

e) v' = 16v

şablon: C harfi

Çözüm:

İkinci cismin kütlesi birinci cismin kütlesinin dört katı olduğundan ve son hız, kütlenin karekökü, kütlesinin dört katı olan cismin son hızı iki katı olacaktır, yani: v' = 4v.

Rafael Hellerbrock tarafından
Fizik öğretmeni