Сопротивление воздуха в физике

Работа силы сопротивления воздуха формула. Сила сопротивления воздуха. Трение частиц воздуха

На сайте вы найдете материалы по механике, молекулярной физике, основам термодинамики, оптике и прочих областях физики. Новости физики, научные обзоры. Учебные материалы. Форум по физике.

Силы сопротивления

При перемещении любого тела в любой среде между поверхностями появляется сопротивление, именуемое силой трения.

Решения задачи

Данные задачи: парашютист пролетел не раскрывая парашюта

Масса парашютиста m 80 кг
Путь парашютиста S=h 200 м
скорость парашютиста $v_$ 50 м
Работа силы сопротивления воздуха на этом пути. $W_$ ?

Составляем уравнение силы тяжести и силы сопротивления воздух

откуда результируещее ускорение от силы тяжести и от силы сопр.воздуха

Ускорение от силы сопротивления воздуха

Работа силы сопротивления воздуха

$ Работа силы сопр. воздуха равна 2152 Дж. $

Чтобы предложить решение пожалуйста войдите или зарегистрируйтесь

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;
() – ускорение центра масс.

Теломассой 1 кг бросили вертикально вниз с высоты 40 м с начальной скоростью 10 м/с.Определите среднее значение силы сопротивления воздуха при движении тела, еслиего скорость в момент падения на поверхность Земли 20 м/с.

Решение.

blog-fiz-blogspot-com-1.PNG

blog-fiz-blogspot-com-3.PNG

blog-fiz-blogspot-com-2.PNG

blog-fiz-blogspot-com-5.PNG

Численно: F= 6.3 H.

Источник: Физика. Полный курс подготовки к ЦТ. Под общей редакцией проф. В.А. Яковенко.

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.

Формула давления воздуха

Давление воздуха представляет собой атмосферное давление. Это давление атмосферного воздуха на предметы, которые располагаются на поверхности земли. Из-за того, что атмосферный воздух пребывает в постоянном движении то человек тоже может ощущать эту величину. Она также не является постоянной и зависит от погодных условий, и географического расположения. Немаловажную роль играет и высота. Давление воздуха уменьшается с высотой поэтому человек может начать себя плохо чувствовать при покорении горы. Это происходит именно потому, что атмосферное давление не соответствует оптимальной для человека норме на этой высоте.

Для измерения давления человек зачастую использует специальные барометры, среди которых самым точным будет ртутный. Есть и стандартная величина, равная 100 кПа.

Существует и формула расчета давления воздуха. К примеру формула давления воздуха для высоты меньше 100 км может представлять собой рh=poe*-ρogh/рo . Здесь рh выступает атмосферным давлением на высоте, рo, следовательно, давлением у поверхности Земли. Высота обозначается как h, ускорение свободного падения как g и ρo — это плотность воздуха. e является постоянной величиной, равной 2.71828.

Все эти расчеты можно провести самостоятельно, но доверив их в руки экспертов вы можете сэкономить не только свои нервы, но и время. В нашей лаборатории работают высококвалифицированные специалисты, которые в кратчайшие сроки проведут для вас все необходимые измерения. Также вы можете заказать и другую интересующую вас услугу. Существует целый перечень различных экспертиз, которые не только могут сказать вам о качестве вашего воздуха, но и выявить скрытые опасности. А эксперты-экологи проконсультируют вас по итогам анализов.

Поломка прибора помогла решить 60-летнюю квантовую загадку

Около 60 лет назад американский ученый-физик и лауреат Нобелевской премии Николас Бломберген (Nicolaas Bloembergen) предсказал возможность существования такого явления, как ядерный электрический резонанс. Однако, вплоть до последнего времени еще никому не удавалось продемонстрировать это явление вживую.

Работа: не совсем то, о чем вы подумали

Итак, работа ​ ( W ) ​ — это произведение прилагаемой силы ​ ( mathbf ) ​ и перемещения ( mathbf ) , выполняемого этой силой. Точнее говоря речь идет о проекции прилагаемой силы на направление перемещения, т.е. ​ ( W=Fscostheta ) ​, где ​ ( theta ) ​ — угол между векторами силы ( mathbf ) и перемещения ( mathbf ) . С точки зрения физика, работа равна произведению компоненты силы в направлении перемещения и величины перемещения.

Прежде чем переходить к подробному рассмотрению особенностей работы, познакомимся с единицами измерения работы в разных системах единиц измерения.

Сопротивление при нулевой подъёмной силе [ править | править код ]

Эта составляющая сопротивления не зависит от величины создаваемой подъёмной силы и складывается из профильного сопротивления крыла, сопротивления элементов конструкции самолёта, не вносящих вклад в подъёмную силу, и волнового сопротивления. Последнее является существенным при движении с около- и сверхзвуковой скоростью, и вызвано образованием ударной волны, уносящей значительную долю энергии движения. Волновое сопротивление возникает при достижении самолётом скорости, соответствующей критическому числу Маха, когда часть потока, обтекающего крыло самолёта, приобретает сверхзвуковую скорость. Критическое число М тем больше, чем больше угол стреловидности крыла, чем более заострена передняя кромка крыла и чем оно тоньше.

Сила сопротивления направлена против скорости движения, её величина пропорциональна характерной площади S, плотности среды ρ и квадрату скорости V:

F = C F ρ V 2 2 S >>S> C F > — безразмерный аэродинамический коэффициент сопротивления, получается из критериев подобия, например, чисел Рейнольдса и Фруда в аэродинамике.

Определение характерной площади зависит от формы тела:

  • в простейшем случае (шар) — площадь поперечного сечения;
  • для крыльев и оперения — площадь крыла/оперения в плане;
  • для пропеллеров и несущих винтов вертолётов — либо площадь лопастей, либо ометаемая площадь винта;
  • для подводных объектов обтекаемой формы — площадь смачиваемой поверхности;
  • для продолговатых тел вращения, ориентированных вдоль потока (фюзеляж, оболочка дирижабля) — приведённая волюметрическая площадь, равная V2/3, где V — объём тела.

Мощность, требуемая для преодоления данной составляющей силы лобового сопротивления, пропорциональна кубу скорости ( P = F ⋅ V = C F ρ V 3 2 S >>S> ).

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1 ).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Молекулы впервые охладили до рекордно низкой температуры

Нобелевский лауреат Вольфганг Кеттерле и его коллеги охладили молекулы, которые состоят из атомов щелочных металлов, до сверхнизкой температуры в 220 нанокельвин. Это в 20 раз ниже предыдущего рекорда.

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается жидкостью. Уравнение основано на фундаментальных природных константах.

Выбор редактора

  • Астрофизики прояснили природу загадочного «Объекта Ханни»

Астрофизики прояснили природу загадочного «Объекта Ханни»

В этом году загадке «Объекта Ханни» исполнилось ровно 10 лет: в 2007 г. …

Молнию поймали за созданием радиоактивных изотопов

Японские физики впервые пронаблюдали «живьем» предсказанное теоретиками …

Ученые научились создавать кольца стабильной плазмы в условиях открытого воздуха

В многочисленных научно-фантастических фильмах достаточно часто мелькают…

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий