При движении электромобиля (автомобиля) на скоростях, превышающих скорость пешехода, заметное влияние оказывает сила сопротивления воздуха. Для расчета силы сопротивления воздуха используют следующую эмпирическую формулу:
Fвозд. = Cx*S*ρ*ν2/2
Где:
Fвозд. – сила сопротивления воздуха, Н
Cx – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости) , Н*с2/(м*кг) . Cx определяется эксперементально для каждого кузова.
ρ – плотность воздуха (1,29кг/м3 при нормальных условиях)
S – лобовая площадь электромобиля (автомобиля) , м2. S является площадью проекции кузова на плоскость, перпендикулярную продольной оси.
ν – скорость электромобиля (автомобиля) , км/ч
Для расчета разгонных характеристик электромобиля (автомобиля) следует учитывать силу сопротивления разгону (силу инерции) . Причем, нужно учитывать не только инерцию самого электромобиля, но и влияние момента инерции вращающихся масс внутри электромобиля (ротор, коробка передач, кардан, колеса) . Далее приведена формула расчета силы сопротивления разгону:
Fин. = m*a*σвр
Где:
Fин. – сила сопротивления разгону, Н
m – масса электромобиля, кг
a – ускорение электромобиля, м/с2
σвр – коэффициент учета вращающихся масс
Приблизительно коэффициент учета вращающихся масс σвр можно рассчитать по формуле:
σвр=1,05 + 0,05*u2кп
Где uкп – передаточное число коробки передач
Осталось описать силу сцепления колес с дорогой. Однако, данная сила в дальнейших расчетах малоприменима, поэтому пока оставим ее на-потом.
И вот, мы уже имеем представление об основных силах, действующих на электромобиль (автомобиль) . Знание этого теоретического вопроса вскоре сподвигнет нас на изучение следующего вопроса – вопроса расчета характеристик электромобиля, необходимых для обоснованного выбора двигателя, аккумуляторной батареи и контроллера.
Читайте также: Электромобиль (автомобиль) – расчет параметров двигателя
Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.
Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor
Have you ever held your hand out of a speeding car or bus? The air pushes your hand in the direction opposite to the movement of the vehicle. An object falling down from say, a table slows down subsequently because a certain force slows down its fall by acting in the direction opposite to its motion. In both of these cases, a certain force is exerted by the atmosphere upon the objects, thereby slowing down their motion. The force and its formula are discussed below.
Air Resistance
The force exerted by the air on things moving through it is known as air resistance. This force is commonly referred to by scientists as drag or drag force. Typically, this force is applied in the opposite direction as the object’s motion, slowing it down.
The frictional force of air resistance acts on the moving body. When a body moves, air resistance slows it down. The more the body’s motion, the greater the air resistance imposed on it. Air resistance affects all moving objects, including bicycles, automobiles, trains, rockets, airplanes, and even living bodies. As is evident from the picture below, the air resistance acts upon freely falling bodies too, in the direction opposite to the force of gravity.
Examples
- Landing with a parachute: The air resistance force is particularly significant in the operation of a parachute. When a skydiver dives down and opens his or her parachute, the air resists the jump. The speed with which the parachute approaches the earth slows due to the resistance produced by the air. The gravity force pushes the parachute downward, while the air resistance force pulls the parachute upward. As a result, the air resistance force assists the individual in landing smoothly on the ground.
- Walking in a storm: Walking in inclement weather is frequently challenging. A significant degree of resistance is felt by the individual while walking in the direction of the wind, causing difficulties in walking. The same reason makes holding an umbrella in hand difficult in the face of a strong wind.
- Airplanes: An airplane’s engine, wings, and propellers are constructed in such a way that enough thrust can be created to assist the plane to overcome the air resistance force. Turbulence is also caused by the friction introduced by the air. However, air resistance does not pose a problem in the case of a rocket since a rocket must go in space, which is an environment devoid of air, and so is free of air resistance force.
Formula
The formula for air resistance is given as follows:
Fair = cv2
where,
- Fair depicts the force of air resistance
- c refers to the force constant
- v depicts the object’s velocity.
Sample Problems
Question 1. Calculate the air resistance if an object moving at 50 ms-1 has a force constant of 0.05.
Solution:
Given: v = 50 ms-1 and c = 0.05
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.05)(50)2
Fair = 125 N
Question 2. Calculate the air resistance if an object moving at 40 ms-1 has a force constant of 0.08.
Solution:
Given: v = 40 ms-1 and c = 0.08
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.08)(40)2
Fair = 128 N
Question 3. Calculate the force constant if an object moving at 30 ms-1 experiences an air resistance of 20 N.
Solution:
Given: v = 30 ms-1 and Fair = 20 N
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
20 = c(30)2
c = 20/900
c = 0.023
Question 4. Calculate the force constant if an object moving at 20 ms-1 experiences an air resistance of 50 N.
Solution:
Given: v = 20 ms-1 and Fair = 50 N
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
50 = c(20)2
c = 50/400
c = 0.125
Question 5. Calculate the air resistance if an object moving at 30 ms-1 has a force constant of 0.02.
Solution:
Given: v = 30 ms-1 and c = 0.02
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.02)(30)2
Fair = 18 N
Question 6. Calculate the velocity of an object if its air resistance is 40 N and the force constant is 0.5.
Solution:
Given: Fair = 40 N and c = 0.5
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
v2 = Fair/c
v2 = 40/0.5
v2 = 80
v = 8.94 m/s
Question 7. Calculate the velocity of an object if its air resistance is 32 N and the force constant is 0.04.
Solution:
Given: Fair = 32 N and c = 0.04
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
v2 = Fair/c
v2 = 32/0.04
v2 = 800
v = 28.28 m/s
Last Updated :
14 Jun, 2022
Like Article
Save Article
Трение между воздухом и другим объектом называется сопротивлением воздуха. Рассмотрим, как определить сопротивление воздуха при падении объекта.
Сопротивление воздуха падающего объекта можно рассчитать, умножив плотность воздуха на коэффициент сопротивления, умноженный на площадь, на два, а затем умножив на скорость.
Сила тяжести и сопротивление воздуха — две силы естественного поля, которые двигают все на Земле. Формула сопротивления воздуха для сферы, доказательство формулы сопротивления воздуха, формула сопротивления воздуха для свободного падения и то, как получить среднее сопротивление воздуха, будут рассмотрены более подробно.
Как рассчитать сопротивление воздуха падающего предмета?
Скорость, площадь и форма объекта, проходящего через воздух, влияют на сопротивление воздуха. Проверим, как оценить сопротивление воздуха падающего предмета.
Чтобы определить, какое сопротивление воздуха будет испытывать падающий предмет, используйте формулу FD = 1 / 2 ρv2CDА. В этом уравнении FD означает перетаскивание, ρ – плотность жидкости, v для относительной скорости объекта относительно жидкости, CD для коэффициента лобового сопротивления и A для площади поперечного сечения.
Задача: Огромный пассажирский самолет летит со скоростью 250.0 метров в секунду. A = 500 квадратных метров крыльев самолета подвергаются ветру. Коэффициент аэродинамического сопротивления CD = 0.024. Плотность воздуха ρ = 0.4500 кг на кубический метр на высоте самолета. Какому сопротивлению воздуха подвергается пассажирский самолет?
Решение: Даны данные,
А = 500 квадратных метров
CD = 0.024
ρ = 0.4500 кг на кубический метр
Сопротивление воздуха падающего предмета определяется выражением
FD = 1/2 ρv2CDA
FD =(0.4500 кг/м3 × 0.025 × 510.0 м2)/2 (250.0 м/с) 2
FD = (0.4500 кг/м3 × 0.025 × 510.0 м2)/2 (62500 м2/s2)
FD = 179296 кг.м/с2
Как рассчитать сопротивление воздуха при движении снаряда?
Объект или частица называется снарядом, а его движение называется движением снаряда. Посмотрим, как можно рассчитать сопротивление воздуха при движении снаряда.
Скорость, ускорение, и перемещение должно быть включено при описании движения снаряда в целом, как описано ниже,
- По осям x и y мы должны расположить их составные части. Предположим, что все силы, кроме силы тяжести, ничтожны.
- Компоненты ускорения тогда чрезвычайно прямолинейны, если положительное направление определено как восходящее, ay = -g = – 0.98 м / с.2 (-32 фут/с2).
- Поскольку гравитация вертикальна,x = 0. аx = 0 указывает, что vx = V0x, или что начальная и конечная скорости в направлении x равны.
- При этих ограничениях на ускорение и скорость кинематическое уравнение x (t) = x0 + (вx) среднийt для движения в униформе гравитационное поле можно записать через уравнение v2y (т) = v2oy + 2аy (г – г0), куда входят и остальные кинематические уравнения движения с ускорением с постоянным ускорением.
- Кинематические уравнения движения в однородном гравитационном поле переходят в кинематические уравнения сy = -г, аx = 0.
- Горизонтальное движение, v0x= Vx, х = х0 + Vxt.
- Вертикальное движение, у = у0 + ½ (в0y + Vy)т; вy = Voy – гт; у = уo + Voyт – ½ гт2, v2y = V2oy – 2г (у – уo).
Задача: Снаряд взлетает в воздух во время фейерверка под углом 75.00 над горизонтом с начальной скоростью 70.0 м/с. Снаряд рассчитан так, что взрыватель сработает именно тогда, когда он будет на максимальной высоте над землей.
- а. Рассчитайте высоту взрыва снаряда.
- б. Через какое время снаряд выстрелит и взорвется?
- в. Что происходит с горизонтальным положением снаряда при его взрыве?
- д. Как далеко в целом продвинулся объект от места запуска до самой высокой точки?
Решение: (а) Под «высотой» мы подразумеваем высоту над начальной точкой или высоту. Когда vy = 0 достигается высшая точка любой траектории, известная как вершина. Мы используем следующее уравнение, чтобы получить y, потому что мы знаем начальное местоположение, начальную и конечную скорости и начальное положение:
v2y = V2oy – 2г (у – у0)
Уравнение упрощается тем, что yo и vy оба равны нулю.
0 = в2oy – 2г.
Вычислив y, мы получаем, y = v2oy/ 2г.
Теперь нам нужно выяснить, какова начальная компонента скорости y, или v0y, является. Его можно рассчитать по формуле v0y=v0sin θ, где v0 обозначает начальную скорость 70.0 м/с и θo=75° обозначает начальный угол. Таким образом-
v0y=v0sin θ = (70.0 м/с) sin750 = 67.6 м/с и-
у = (67.6 м/с)2 / 2(9.80 м/с2)
у = 233 м.
Начальная вертикальная скорость и максимальная высота положительны, потому что вверх положительна, а ускорение, вызванное силой тяжести, отрицательно. Снаряд с начальной вертикальной составляющей скорости 67.6 м/с достигнет максимальной высоты 233 м. Также имейте в виду, что максимальная высота зависит только от вертикальной составляющей начальной скорости (без учета сопротивления воздуха).
(b) Существуют различные способы определить, когда снаряд достигает высшей точки, как и во многих физических задачах. Самый простой подход в этой ситуации — использовать vy=v0y -гт. Это уравнение становится vy= 0 на вершине
0 = в0y− гт
или,
т = voy/g = (67.6 м/с) / (9.80 м/с2)
t = 6.90 с.
Другой способ найти время – использовать y = yo + ½ (в0y + Vy) т.
в) Сопротивление воздуха мало, следовательно, ах и ау равны нулю. И, как упоминалось ранее, горизонтальная скорость постоянна. Как показывают уравнения x=x0+vxт, где х0 равно нулю, горизонтальное перемещение равно горизонтальной скорости, умноженной на время. Таким образом,
х = vxt,
Когда vx – компонент x скорости, определяется выражением
vx = V0cosθ = (70.0 м/с) cos75°=18.1 м/с.
Поскольку оба движения имеют одинаковое время t, x равно
х = (18.1 м/с) × 6.90 с = 125 м.
Без сопротивления воздуха горизонтальное движение имеет постоянную скорость. Горизонтальное смещение, наблюдаемое здесь, может помочь предотвратить травму зрителей от падающих пиротехнических фрагментов. Немалую роль при взрыве снаряда играет сопротивление воздуха, и многие осколки падают сразу внизу.
(d) Нахождение размера и направления смещения в самой высокой точке — это все, что здесь требуется, поскольку горизонтальная и вертикальная составляющие смещения уже рассчитаны:
s→ = 125 см + 233 см; |ŝ|=√ (1252 + 2332) = 264 м; Φ = загар -1 (233/125) = 61.8°
Как рассчитать сопротивление воздуха при конечной скорости?
Сопротивление воздуха по величине эквивалентно весу падающего тела с предельной скоростью. Рассмотрим метод расчета сопротивления воздуха при предельной скорости.
- Используя второй закон Ньютона для падающего объекта в качестве отправной точки, мы можем определить сопротивление воздуха при конечной скорости: Fg + Far = ма.
- Для определения сопротивления воздуха при заданной скорости используются следующие два типа сопротивления воздуха: Far = – bv альтернативно, Far = – бв2.
- Для расчета сопротивления воздуха при конечной скорости используется закон Ньютона для определения сопротивления воздуха при конечной скорости, поскольку ускорение равно нулю. мг – бв = 0; мг – бв2 = 0.
- Чтобы определить сопротивление воздуха при заданной скорости, ответом на задачу о скорости является vT = мг/б. Альтернативой является то, что vT = √(мг/б).
Если m представляет массу в килограммах, g — квадрат ускорения свободного падения, а b — произвольная величина.
Задача: При падении из состояния покоя объект массой 55 кг испытывает силу сопротивления воздуха, определяемую Far = -15В2. Определить конечную скорость объекта.
Решение: используйте формулу vT = √ (мг/б) для определения конечной скорости силы сопротивления вида Far = -bv2. Добавляя к уравнению, получаем,
vT = √(55) × (9.81)/15)
vT = 5.99 м / с
Как рассчитать коэффициент сопротивления воздуха?
Коэффициент сопротивления изменяется как квадратное отношение относительной скорости объекта. Рассмотрим метод расчета коэффициента сопротивления воздуха.
Коэффициент сопротивления воздуха рассчитывается по уравнению с = Fвоздух /v2. В расчете Фвоздух – силовое сопротивление, а c – силовая постоянная в этом уравнении. Жидкости, обычно вода в спортивной среде, также подвержены силе трения, которая не ограничивается только воздухом.
Сопротивление жидкости, сопротивление воздуха и сопротивление — все это относится к одному и тому же.
Проблема: Если объект движется со скоростью 22 мс-1 столкнуться с сопротивлением воздуха 50 Н, какова постоянная силы?
Решение: Даны данные,
v = 22 мс-1
Fвоздух = 50 Н
Формула для коэффициента сопротивления воздуха:
с = Fвоздух /v2
Замените указанные значения в формуле выше. Затем,
с = 50/(22)2
с = 0.103
Как рассчитать аэродинамическое сопротивление парашюта?
Вес пульсирует на шнуре, когда парашют раскрывается. Рассмотрим, как определить аэродинамическое сопротивление парашюта.
- Чтобы определить аэродинамическое сопротивление парашюта. Уравнение для силы сопротивления парашюта, также известной как его сила сопротивления ветру, имеет вид F.D = 1 / 2 ρv2CDА. Где, ФD – сила сопротивления, r – плотность воздуха, Cd — коэффициент лобового сопротивления, A — площадь парашюта, а v — скорость в воздухе.
- Чтобы определить сопротивление воздуха парашюта по квадрату скорости, сопротивление возрастает.
- Чтобы определить сопротивление воздуха парашюта, нет никакой чистой силы, действующей на ракету, когда сопротивление равно весу. F = D – W = 0.
- Cd = 2 Фd / ρв2A = W для определения аэродинамического сопротивления парашюта.
- И, наконец, V = sqrt (2W/Cdρ A) используется для определения аэродинамического сопротивления парашюта.
При сравнении двух предметов те, у которых больший вес, меньший коэффициент лобового сопротивления, меньшая плотность газа или меньшая площадь, движутся с большей скоростью.
Как найти сопротивление воздуха через массу и ускорение?
Единственной силой, воздействующей на людей поначалу, является гравитация, которая толкает их со скоростью -9.8 м/с2. Давайте посмотрим, как можно рассчитать сопротивление воздуха, используя массу и ускорение.
- Чтобы найти сопротивление воздуха с массой и ускорением, мы можем использовать некоторую алгебру, чтобы получить ускорение объекта с точки зрения чистой внешней силы и массы объекта (a = F/m).
- Чистая внешняя сила (F = W – D) равна разнице между силами веса и силы сопротивления. Тогда ускорение объекта определяется выражением a = (W – D) / m.
Задача: Автомобиль массой около 29 кг движется из Калькутты в Раджастхан со скоростью 50 метров в секунду, а гусеница нагружена железом и весит 84 кг. Определить силу сопротивления автомобиля.
Решение: Даны данные,
Ускорение = 50 м/с2
Вес = 84 кг
Масса = 29 кг
Мы знаем, что a = (W – D) / m
50 = (84 – Д)/ 29
1450 = 84 – Д
-Д = 1450 – 84
Д = – 1366 Н
График сопротивления воздуха
Когда частички воздуха сталкиваются с передней частью объекта, он замедляется. Давайте проверим этот график сопротивления воздуха.
За счет уменьшения угла выпуска можно свести к минимуму влияние сопротивления воздуха на горизонтальную составляющую траектории снаряда. Расстояние и скорость, или скорость, обратно пропорциональны.
Как рассчитать сопротивление воздуха по скорости?
Чем больше частиц воздуха воздействует на объект, тем больше его общее сопротивление увеличивается с площадью поверхности. Давайте рассмотрим, как определить сопротивление воздуха на основе скорости.
Формула, используемая для определения сопротивления воздуха по скорости: c = Fv.2. Сила сопротивления воздуха представлена в технике буквой F, постоянная силы представлена буквой c, а скорость объекта представлена буквой v. Существует линейная зависимость между сопротивлением воздуха и величиной сопротивления воздуха. плотность.
Между скоростью и сопротивлением воздуха создается квадратичная зависимость. Площадь передней кромки объекта, движущегося по воздуху, определяет, какое сопротивление воздуха он будет испытывать. Сопротивление воздуха увеличивается с увеличением площади.
Задача: Если сопротивление воздуха тела равно 34 Н, а силовая постоянная равна 0.04, какова его скорость?
Данные приведены, Fвоздух = 34 Н и с = 0.04
Формула сопротивления воздуха:
Fвоздух = резюме2
v2 = 34 / 0.04
v2 = 850
v = 29.15 м / с.
Как рассчитать силу сопротивления воздуха?
Сила сопротивления воздуха измеряется в Ньютонах (Н). Рассмотрим, как определить силу сопротивления воздуха.
Fвоздух = – резюме2 уравнение, используемое для определения силы сопротивления воздуха. Фвоздух – силовое сопротивление, а c – силовая постоянная в этом уравнении. Знак минус показывает, что объект движется в направлении, противоположном направлению сопротивления воздуха.
Задача: силовая постоянная для самолета, движущегося со скоростью 50 мс.-1 составляет 0.05. Определить сопротивление воздуха.
Решение: Даны данные,
Скорость воздуха, v = 50
Силовая постоянная, c = 0.05
Сила воздуха определяется выражением
F = – резюме2
F = (-) 0.05 × 50 × 50
F = – 125 Н.
Формула сопротивления воздуха для шара
Зависимость между силой сопротивления, действующей на тело, и сопротивлением воздуха обратная. Давайте посмотрим на формулу сопротивления воздуха шара.
Коэффициент сопротивления воздуха для сферических материалов можно рассчитать по следующей формуле: Cd = 2 Фd / ρв2A, где для сферических материалов-
- Cd = коэффициент сопротивления воздуха,
- Fd сопротивление воздуха по Ньютону,
- А – площадь формы в плане в квадратных метрах,
- ρ = плотность сферы, выраженная в килограммах на кубический метр,
- А вязкость вещества, выраженная в метрах в секунду, известна как v.
Задача: Плотность воздуха 0.4500 кг/м3, а самолет, летящий на высоте, имеет скорость 250 м/с. 500 м2 Крылья самолета открыты ветру. На самолет действует сила сопротивления воздуха 168750 Н. Выполните расчет коэффициента лобового сопротивления.
Решение: Приведенные данные, Сопротивление воздуха для сферических материалов, Fd = 168750 Н
Плотность, ρ = 0.4500 кг/м3
Площадь поперечного сечения, А = 500 м2
Скорость, v = 250 м/с
Мы знаем, что для сферических материалов
Cd = 2 Фd / ρв2A
Cd = 2 × 168750 / (0.4500 × 2502 × 500)
Cd = 0.025
Как рассчитать среднее сопротивление воздуха?
Сопротивление воздуха — это разновидность жидкостного трения, которое влияет на падающие в воздухе предметы. Давайте посмотрим, как определить среднее сопротивление воздуха.
Умножив плотность воздуха, коэффициент сопротивления, площадь и скорость на два, можно рассчитать среднее сопротивление воздуха, которое будет испытывать падающий объект. Гравитация заставляет объекты двигаться вниз, в отличие от трения воздуха, которое действует противоположным образом и замедляет скорость.
Сопротивление воздуха возрастает по мере увеличения площади поверхности, на которую падают предметы.
Заключение
Сопротивление воздуха – это сила, которую испытывает объект при прохождении через воздух, где, если человек движется быстрее, сила сопротивления воздуха возрастает. Безразмерный коэффициент сопротивления CD, который рассчитывается как CD = ФD/1/2 ρАв2 где ρ — плотность жидкости (в данном случае воздуха). Площадь поперечного сечения объекта A = (1/4) ΠD2, а его скорость v.
Как найти силы сопротивления воздуха
Для определения силы сопротивления воздуха создайте условия, при которых тело начнет под действием силы тяжести двигаться равномерно и прямолинейно. Рассчитайте значение силы тяжести, оно будет равно силе сопротивления воздуха. Если тело движется в воздухе, набирая скорость, сила его сопротивления находится при помощи законов Ньютона, также силу сопротивления воздуха можно найти из закона сохранения механической энергии и специальных аэродинамических формул.
Вам понадобится
- дальномер, весы, спидометр или радар, линейка, секундомер.
Инструкция
Определение сопротивления воздуха равномерно падающему телу Измерьте массу тела с помощью весов. Сбросив его с некоторой высоты, добейтесь, чтобы оно двигалось равномерно. Умножьте массу тела в килограммах на ускорение свободного падения, (9,81 м/с²), результатом будет сила тяжести, действующая на тело. А поскольку оно движется равномерно и прямолинейно, сила тяжести будет равна силе сопротивления воздуха.
Определение сопротивления воздуха телу, набирающему скоростьОпределите массу тела с помощью весов. После того как тело начало двигаться, с помощью спидометра или радара измерьте его мгновенную начальную скорость. В конце участка измерьте его мгновенную конечную скорость. Скорости измеряйте в метрах в секунду. Если приборы измеряют ее в километрах в час, поделите значение на 3,6. Параллельно с помощью секундомера определите время, за которое происходило это изменение. Отняв от конечной скорости начальную и поделив результат на время, найдите ускорение, с которым движется тело. Затем найдите силу, которая заставляет тело изменять скорость. Если тело падает, то это сила тяжести, если тело движется горизонтально – сила тяги двигателя. От этой силы отнимите произведение массы тела на его ускорение (Fc=F+m•a). Это и будет сила сопротивления воздуха. Важно, чтобы при движении тело не касалось земли, например, двигалось на воздушной подушке или падало вниз.
Определение сопротивления воздуха телу, падающему с высотыИзмерьте массу тела и сбросьте его с высоты, которая заранее известна. При контакте с поверхностью земли зафиксируйте скорость тела с помощью спидометра или радара. После этого найдите произведение ускорения свободного падения 9,81 м/с² на высоту, с которой падало тело, отнимите от этого значения скорость, возведенную в квадрат. Полученный результат умножьте на массу тела и поделите на высоту, с которой оно падало (Fc=m•(9,81•H-v²)/H). Это и будет сила сопротивления воздуха.
Полезный совет
В общем случае силу сопротивления можно найти, если плотность воздуха умножить на квадрат скорости, с которой движется тело, поделить это значение на 2 и умножить на площадь сечения тела, перпендикулярного направлению скорости. Результат нужно умножить на аэродинамический коэффициент, который определяется экспериментально. Поэтому применение этой формулы затруднено.
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Что такое 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.
Определение
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:
(N=mtimes g)
С позиций механики понятно, что для того, чтобы сдвинуть это тело с места, необходимо приложить усилие (P), превосходящее силу трения (F).
Определение
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.
Пример
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_хtimes ptimes F_вtimes V^2div2)
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=mtimes dVdiv 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=ptimes V^2times L^2)
где p — плотность среды, L — размеры тела, V — скорость движения.
