Сила сопротивления: что это такое, виды и упражнения
Сопротивление — это сила трения, возникающая через трение между телом и жидкостью. Эта сила действует в направлении, параллельном поверхности тела, и во многих случаях пропорциональна квадрату скорости, с которой тело движется относительно жидкости.
Что такое сила сопротивления?
Есть три различных типа сил сопротивления, эти силы называются сопротивление поверхности, перетаскивание формы а также волновое сопротивление.
В целом сила сопротивления, также известен как сопротивлениеизжидкость, так много может быть аэродинамика нравиться гидродинамика, для случаев, когда тело движется в газовой и жидкой средах соответственно.
Форма автомобилей помогает снизить аэродинамическое сопротивление.
Сопротивление, в большинстве случаев, составляет пропорционально квадрату скороститела по отношению к окружающей среде, в которой оно движется, но и напрямую пропорциональна площади тела, поперечной потоку в жидкостных линиях.
В дополнение к этим факторам, форма тела способна сильно изменить способ воздействия на него силы сопротивления, все это зависит от того, как текут линии жидкости. Позже мы объясним, что это такое.
Посмотритетакже: Все, что вам нужно знать о гидростатике
линии жидкости
линии жидкости функции, используемые для облегчения понимания сил сопротивления. Это геометрические конструкции, также называемые гидродинамическими линиями. Они указывают, как движутся слои жидкости.
В случае, когда линии гидродинамики перекрытие а также параллельно поток жидкости ламинарный, и на движущееся по нему тело действует очень небольшая сила сопротивления. В этом случае существует только трение между слоями жидкости, поэтому мы говорим, что у нее есть только вязкость .
На рисунке показаны линии жидкости, проходящие через тела различной формы.
Когда гидродинамические линии не параллельны друг другу, мы говорим, что поток жидкости, проходящий через тело, равен хаотичный. Этот тип потока способен значительно снизить скорость движения тела через эту среду, как в случае, когда пловец пытается плыть против течения бурной реки.
сопротивление поверхности
Сопротивление поверхности — это сила, вызванная движением тела в направлениепротивоположный к жидкости. Он возникает благодаря контакту между жидкостью и телом через слой непосредственного контакта на его поверхности.
Этот тип сопротивления возникает из-за шероховатости поверхности тела, которое движется в жидкости, поскольку шероховатость сама по себе обеспечивает областьвконтактбольше между обоими.
Перетаскивание поверхности широко исследуется в профессиональные соревнования по плаванию, что используется одеждагладкий, возможность значительно уменьшить сопротивление жидкости при движении пловца в жидкой среде.
Посмотритетакже: Как возникает явление конвекции и как оно работает
перетаскивание формы
Перетаскивание формы является результатом разницав давление между различными частями тела, движущимися через жидкость.
Когда тело движется через жидкость с достаточно высокой скоростью, сразу за ним неспокойный регион, давление которого меньше давления перед телом. Эта разница давлений приводит к тащитьнаоборотксмыслдвижения тела.
Чтобы уменьшить сопротивление поверхности, объекты, которые предназначены для перемещения в жидкостях, рисуются в аэродинамические формы, и это условие достигается, когда область тела, которая перпендикулярна потоку линий жидкость.
Посмотритетакже: Тепловое равновесие — научитесь рассчитывать равновесную температуру
волновое сопротивление
Волновое сопротивление возникает только тогда, когда любое тело движется у поверхности воды, как когда пловцы толкатьвода вниз, существование толкнулдлявверх, но также теряя часть вашего кинетическая энергия из-за того, что перед ним образуется «барьер» из воды.
Другой пример — корабль, который во время движения образует волны сопротивления перед носом. Волновое сопротивление не возникает, когда тела движутся полностью погруженными в воду.
Носовая часть корабля при движении создает волны сопротивления перед собой.
Формула силы сопротивления
Проверьте формулу, используемую для расчета силы сопротивления:
Ç — коэффициент трения
ρ — плотность жидкости (кг / м³)
THE — площадь тела, поперечная линиям гидродинамики (м²)
v — скорость тела (м / с)
Формула связывает силу сопротивления с плотность середины, площади поперечного сечения тела и квадрата скорости этого тела, но это также относится к коэффициент лобового сопротивления C — безразмерная величина, которая напрямую зависит от формы объекта, например, в случае сферических объектов. Коэффициент лобового сопротивления равен равно 0,5.
Посмотритетакже: Открытия в физике, произошедшие случайно
конечная скорость
Когда объект значительного размера падает с большой высоты, сила сопротивления уравновешивается силой Масса объекта. Таким образом, результирующая сила, действующая на объект, становится нулевой, и он продолжает свое движение по прямой траектории с постоянной скоростью в соответствии с 1-й закон Ньютона , закон инерции.
Скорость, с которой объект ударяется о землю после того, как его выпустили в воздух, называется скоростьТерминал, можно рассчитать с использованием следующего выражения, обратите внимание:
Посмотритетакже: Как решать упражнения на закон Ньютона
Решенные упражнения на силу сопротивления
Вопрос 1) Сферический объект (C = 0,5) с площадью поперечного сечения 7,0 см² (7,0,10 -4 м²) движется по воздуху со скоростью 10,0 м / с. Зная, что плотность воздуха составляет примерно 1,0 кг / м³, а плотность объекта составляет 800 кг / м³, определите величину силы сопротивления этому объекту.
Шаблон: Буква C
разрешение:
В упражнении нас просят рассчитать интенсивность силы сопротивления, для этого просто замените данные, указанные в формуле, обратите внимание:
Вопрос 2) Просмотрите утверждения о силе сопротивления, затем отметьте правильный вариант:
I — Сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости тела.
II — Чем больше плотность среды, тем больше сила сопротивления, оказываемая телом, которое ее пересекает.
III — Конечная скорость тела, движущегося в текучей среде, не зависит от массы объекта.
Они есть правда:
Шаблон: Письмо B
Разрешение:
Правильные альтернативы — I и II. Что касается варианта II, плотность среды прямо пропорциональна силе сопротивления, поэтому правильной альтернативой является буква b.
Вопрос 3) Тело массой m выпускается с определенной высоты по отношению к земле в области присутствия атмосферных газов, падающих под действием его веса и силы сопротивления воздуха. Второе тело той же формы и размера, но в четыре раза больше массы, сбрасывается с той же высоты при тех же условиях. Определите соотношение между конечной скоростью второго тела (v ‘) и конечной скоростью первого тела (v).
Шаблон: Буква C
Разрешение:
Поскольку масса второго тела в четыре раза больше массы первого тела, конечная скорость зависит от квадратный корень из массы, конечная скорость тела, которое в четыре раза массивнее, будет вдвое больше, то есть: v ‘= 4v.
Рафаэль Хеллерброк
Учитель физики
Рабство: все о рабском труде в колониальной Бразилии
В рабство в Бразилии началось примерно в десятилетие 1530, когда португальцы заложили основы для .
Сборы. Язык и убеждение: вселенная мультфильмов
Вы знаете, что такое заряд?Карикатура — это тип иллюстрации, которая обычно представляет собой юм.
Договор о запрещении ядерного оружия (TPAN)
О Договор о запрещении ядерного оружия (TPAN) это международное соглашение, направленное на запре.
Сила сопротивления
При совершенно любом движении будет фиксироваться появление между поверхностями тел или в среде, где оно осуществляется, сил сопротивления. Второе свойственное им название — силы трения.
Сила трения — сила, которая появляется в момент передвижения одного тела вдоль другого либо в какой-то среде, ведущая к замедлению действия.
Препятствие движению объясняется тем, что силы трения имеют противоположное направление, и в момент, когда движущая сила и силы сопротивления уравновесятся, скорость станет равна 0.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Схематически действие силы трения можно представить на рисунке:
Изображенное здесь тело массой m лежит на ровной поверхности, и на него действуют сила тяжести и уравновешивающая ее сила опоры (N). Направления этих двух сил противоположные, однако, обе — перпендикулярны поверхности.
Сила опоры по своей величине определяется по формуле:
С позиций механики понятно, что для того, чтобы сдвинуть это тело с места, необходимо приложить усилие (P), превосходящее силу трения (F).
Основателем закона трения считается француз Гийом Амонтон. Согласно его постулатам, Fтр пропорциональна давлению, которое тело оказывает на опору либо на другое тело. Кроме этого, она определяется физическими свойствами контактирующих материалов, но не зависит от величины поверхности соприкосновения.
Как любая другая, сила трения измеряется в Ньютонах (Н).
Разновидности сил сопротивления
Причинами возникновения силы трения являются:
- неровный характер соприкасающихся поверхностей;
- действие межмолекулярных связей (применимо для гладких поверхностей).
В зависимости от этих факторов, а также с учетом характера движения силы сопротивления бывают:
- Силой качения, которая находится в зависимости от физических свойств опоры, скорости движения, сопротивления воздуха. В формулу для определения силы качения вводится коэффициент f, который уменьшается при росте температуры и давления.
- Сила сопротивления воздуха (если идет лобовое взаимодействие). Причина ее появления — разница давлений. Чем выше вихреобразование, тем выше этот показатель. Вихреобразование же, в свою очередь, зависит от формы самого движущегося тела.
Передняя часть движущегося тела будет всегда испытывать большее сопротивление воздуха. При закруглениях спереди и сзади плоскостенного тела сопротивление уменьшается на 72%.
Существует понятие электрического сопротивления, под которым понимается свойство проводника препятствовать прохождению тока. Величина, с которой это происходит, равняется частному от деления напряжения на концах к силе тока, протекающему в последовательной цепи.
Как определить силу сопротивление воздуха
При движении тела на него действует лобовое сопротивление воздуха (обозначение — Рвл). Для его измерения существует формула:
\(P_<вл>=С_х\times p\times F_в\times V^2\div2\)
где Cx — коэффициент обтекаемости (при лобовом сопротивлении воздуха), p — плотность среды (в данной ситуации — воздуха), Fв — площадь миделевого сечения.
Наибольшая концентрация силы сопротивления наблюдается в точке, которая не совпадает с центром массы тела. Это — центр парусности.
\(P_j=m\times dV\div dt\)
В этой формуле m обозначает массу автомобиля, а частное изменения скорости по истечению времени — ускорение центра инерции (или центра масс).
Изменение силы в зависимости от скоростей
На малых скоростях движения сила сопротивления всегда определяется вязкостью жидкости, физическими характеристиками движения (в частности — скоростью), размерами самого тела.
Движение при больших скоростях имеет свои особенности. Например, в случае жидкой либо воздушной среды закономерности трения вязкости не работают. Даже при скоростях в 1 см/с их можно применить только для тел, размеры которых измеряются в мм.
Медленно движущееся тело по всей своей длине постепенно обтекается жидкостью, а сила сопротивления, действующая на него, называется силой вязкого трения.
При высокоскоростном движении сзади тела в жидкости возникают струйки, вихреобразные потоки различной мощности, кольца. Картинка этих течений постоянно меняется. Развивается турбулентная система, сопротивление внутри которой зависит от вязкости среды и размеров тела совсем по-другому, чем при вязком.
Такое сопротивление находится в пропорциональной зависимости от квадрата скорости и размеров тела. Кроме того, более значимым, чем вязкость, становится плотность среды.
Такое торможение называется силой турбулентного сопротивления. Она определяется по формуле:
\(F=p\times V^2\times L^2\)
где p — плотность среды, L — размеры тела, V — скорость движения.
Силы сопротивления
При перемещении любого тела в любой среде между поверхностями появляется сопротивление, именуемое силой трения.
Определение силы трения
Силы трения определяются при помощи третьего закона Ньютона, в соответствии с которым сила сопротивления приравнивается силе, с которой необходимо воздействовать на тело, чтобы перемещать его равномерно по горизонтальной поверхности. Ее измеряют, используя динамометр.
Значение силы трения прямо пропорционально зависит от массы тела и материала, из которого оно состоит. Также следует учитывать коэффициент u, зависящий от материала поверхности опоры. Кроме того, для расчета силы трения используют ускорение свободного падения \(g=9.8 м⁄с^2\) .
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
При движении тела высоко над землей, силы сопротивления зависят от плотности воздуха, скорости перемещения тела. При небольшой скорости движения силу трения определяют по формуле:
\(F=va\) ,
где \(v\) – скорость перемещения тела;
\(a\) – коэффициент сопротивления воздуха.
Разновидности силы трения
Силы сопротивления бывают разных видов:
- сила трения качения \(P_f\) . Зависит от вида и структуры поверхности опоры, скорости перемещения тела, давления окружающей среды и прочих факторов. Коэффициент сопротивления качению \(f \) зависим от типа и состояние поверхности опоры, и обратно пропорционален температуре и давлению.
- сила трения воздуха (лобовое сопротивление) \(P_вл\) . Появляется из-за разности давлений. Этот показатель зависит от вихреобразований вокруг предмета движения, которые в свою очередь зависят от формы перемещающегося предмета.
Более значимо на сопротивление будет влиять перемещение передней части предмета. Таким образом, при формировании закругления в передней и задней части предмета можно снизить показатель сопротивления до 72%. Сила лобового сопротивления рассчитывается следующим образом:
где \(c_x\) – коэффициент обтекаемости или лобового сопротивления;
\(p\) – плотность среды;
\(F_в\) – площадь лобового сопротивления (миделевого сечения).
Сила трения воздуха направлена противоположно вектору скорости перемещения тела. Ее рассматривают как сконцентрированную силу, приложенную к центру парусности тела, которая может не совпадать с центром его тяжести.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
По второму закону ньютона сила сопротивления ускорению тела, совершающего поступательные движения, определяется так:
где \(m\) – масса объекта;
\(
Силы трения при высоких скоростях перемещения тел
При небольших скоростях перемещения тел силы сопротивления зависят от скорости такого перемещения, вязкости среды и размеров тела. А вот при высоких скоростях все обстоит немного по-другому.
В воздухе и воде законы вязкости в данном случае не дают полную картину. Даже при скорости в \(1 см/с\) эти законы действуют только для небольших тел.
Если движение тела медленное, то жидкость плавно обтекает тело, и в данном случае силу сопротивления можно приравнять к силе вязкого трения.
При высокой скорости движения тела за ним возникает сложное движение среды. Здесь появляются и исчезают различные струи, потоки, формирующие необычные фигуры завихрений. Данное движение называется турбулентным.
Сила турбулентного сопротивления зависит немного по-другому от скорости и размеров объекта, нежели при вязком трении. Данная величина будет пропорциональна квадратам скорости и размеров тела. Вязкостью среды пренебрегают, а вот ее плотность имеет значение. Силу турбулентного сопротивления определяют так:
\(F=pv^2 L^2,\) где \(v\) – скорость перемещения тела;
\(L\) – размеры тела;
\(p\) – плотность среды.