Zawartość
Wszyscy intuicyjnie znają koncepcję siły oporu. Gdy brodzisz po wodzie lub jeździsz na rowerze, zauważasz, że im więcej pracy wykonujesz i im szybciej się poruszasz, tym większy opór odczuwasz z otaczającej wody lub powietrza, które to fizyki uważają za płyny. Przy braku sił oporu świat może być traktowany na 1000-metrowych biegach domowych w baseballu, znacznie szybszych rekordach świata na boisku i boisku oraz samochodach o nadprzyrodzonym poziomie zużycia paliwa.
Siły przeciągające, które są bardziej restrykcyjne niż napędowe, nie są tak dramatyczne jak inne siły naturalne, ale są krytyczne w inżynierii mechanicznej i pokrewnych dyscyplinach. Dzięki wysiłkom naukowców o matematyce możliwe jest nie tylko identyfikowanie sił oporu w przyrodzie, ale także obliczanie ich wartości liczbowych w różnych codziennych sytuacjach.
Równanie siły przeciągania
Ciśnienie w fizyce definiuje się jako siłę na jednostkę powierzchni: P = F / A. Używając „D” do przedstawienia siły oporu, równanie to można zmienić D = CPA, gdzie C jest stałą proporcjonalności, która zmienia się w zależności od obiektu. Nacisk na obiekt poruszający się w płynie można wyrazić jako (1/2) ρv2, gdzie ρ (grecka litera rho) to gęstość płynu, a v to prędkość obiektów.
W związku z tym, D = (1/2) (C) (ρ) (v2)(ZA).
Zwróć uwagę na kilka konsekwencji tego równania: Siła oporu rośnie wprost proporcjonalnie do gęstości i pola powierzchni i rośnie wraz z kwadratem prędkości. Jeśli biegasz z prędkością 10 mil na godzinę, doświadczasz czterokrotnie większego oporu aerodynamicznego niż w przypadku prędkości 5 mil na godzinę, przy czym wszystkie inne wartości są stałe.
Przeciągnij siłę na spadający obiekt
Jednym z równań ruchu dla swobodnego spadania obiektu z mechaniki klasycznej jest v = v0 + o. W nim v = prędkość w czasie t, v0 oznacza prędkość początkową (zwykle zero), a oznacza przyspieszenie ziemskie (9,8 m / s2 na Ziemi), a t upłynął w sekundach. Na pierwszy rzut oka widać, że obiekt upuszczony z dużej wysokości spadałby z coraz większą prędkością, gdyby to równanie było ściśle prawdziwe, ale nie dlatego, że lekceważy siłę oporu.
Kiedy suma sił działających na obiekt wynosi zero, przestaje on przyspieszać, chociaż może poruszać się z dużą, stałą prędkością. Tak więc spadochroniarz osiąga swoją końcową prędkość, gdy siła oporu jest równa sile grawitacji. Może nią manipulować poprzez swoją postawę ciała, co wpływa na A w równaniu przeciągania. Prędkość końcowa wynosi około 120 mil na godzinę.
Przeciągnij Force on a Swimmer
Konkurencyjni pływacy napotykają cztery różne siły: grawitację i pływalność, które przeciwdziałają sobie w płaszczyźnie pionowej, oraz opór i napęd, które działają w przeciwnych kierunkach w płaszczyźnie poziomej. W rzeczywistości siła napędowa jest niczym innym jak siłą oporu wywieraną przez stopy i dłonie pływaków w celu pokonania siły oporu wody, która, jak można się przypuszczać, jest znacznie większa niż siły powietrza.
Do 2010 r. Pływacy olimpijscy mogli używać specjalnych kombinezonów aerodynamicznych, które istniały dopiero od kilku lat. Pływające ciało rządzące zakazało kombinezonów, ponieważ ich działanie było tak wyraźne, że rekordy świata były pobijane przez sportowców, którzy w innym przypadku byliby nietypowi (ale wciąż światowej klasy) bez kombinezonów.