11+ Пример силы сопротивления: подробные факты
В этой статье мы обсудим различные примеры сил сопротивления с подробным пониманием. Силы сопротивления — это механические силы, возникающие при взаимодействии твердого тела с окружающей его жидкостью.
Примеры силы сопротивления очень распространены и часто рассматриваются в природе как сила, действующая противоположно относительному движению любого движущегося тела. Всякий раз, когда тело движется в воздухе, эта сила сопротивления называется аэродинамическим сопротивлением, а если движущейся средой является вода, то она известна как гидродинамическое сопротивление.
Примеры силы сопротивления перечислены ниже.
Лодка, путешествующая по воде
Силы на лодке возникают в результате движения воздуха, который взаимодействует с лодкой и создает движущую силу для плавания в воде. Силы, действующие на судно, зависят от скорости и направления ветра, а также от скорости и направления движения судна.
На лодку действуют четыре силы: ее вес, выталкивающая сила (сила контакта с водой, толкающая лодку вверх), поступательная сила ветра и обратное сопротивление воды.
Сила сопротивления D, испытываемая телом при движении через жидкость, определяется выражением
C — коэффициент аэродинамического сопротивления, типичные значения от 0.4 до 1.0 для различных жидкостей (таких как воздух и вода).
ρ — плотность жидкости, в которой движется тело
v — скорость тела относительно жидкости
А — площадь поперечного сечения тела в проекции перпендикулярно направлению потока.
Самолет летит в небе
Сочетание четырех сил сопротивления, тяги, подъемной силы и веса позволяет летать самолету в небе.
Вес самолета тянет его к центру земли, для преодоления этой силы тяги требуется достаточная подъемная сила в направлении вверх. Подъемная сила является результатом разницы давления воздуха на крыльях самолета и над ними. Двигатель самолета создает тягу в направлении движения самолета, которая уравновешивается силой сопротивления, действующей против направления движения.
Когда самолет летит прямо и горизонтально с постоянной скоростью, подъемная сила, которую он производит, уравновешивает его вес, а создаваемая им тяга уравновешивает его сопротивление. Однако этот баланс сил меняется по мере того, как самолет поднимается и снижается, когда он разгоняется и замедляется, а также при поворотах.
Птица летит в небе
Взмах крыльев птицей — один из широко распространенных в природе способов движения.
В случае с птицей подъемную силу, создаваемую взмахами крыльев, можно рассматривать как вертикальную силу, поддерживающую вес тела птицы (т. е. нисходящее гравитационное притяжение). Здесь сопротивление рассматривается как горизонтальная сила, противодействующая тяге. Тяга — это сила, которая перемещает предмет в прямом направлении, для птицы доверие обеспечивается мышцами птицы.
Сопротивление вызвано сопротивлением воздуха и действует в направлении, противоположном движению, создаваемое сопротивление зависит от формы объекта, плотности воздуха и скорости движения этого объекта. Тяга может либо преодолевать силу сопротивления, либо противодействовать ей.
Во время полета вперед тело птицы создает сопротивление, которое снижает ее скорость. Взмахивая крыльями или преобразовывая потенциальную энергию в работу при планировании, птица создает как подъемную силу, так и тягу, чтобы уравновесить силу тяжести и сопротивление.
Движущаяся машина
В случае движущегося автомобиля величина силы сопротивления равна и действует в направлении, противоположном силе, которую двигатель создает на колесах автомобиля. Из-за этих двух равных и противоположных сил, действующих на автомобиль, результирующая сила становится равной нулю, и автомобиль может поддерживать постоянную скорость.
Если мы уменьшим силу, создаваемую двигателем, до нуля, удерживая автомобиль в нейтральном положении некоторое время, то на автомобиль будет действовать только сила сопротивления. В этом состоянии на автомобиль действует чистая сила, и автомобиль замедляется.
Езда на велосипеде или велосипеде
Аэродинамическое сопротивление действительно является основной силой сопротивления при езде на велосипеде, каждый велосипедист должен преодолевать сопротивление ветра. Сопротивление давления играет важную роль в езде на велосипеде, в основном из-за того, что частицы воздуха сталкиваются друг с другом на передних поверхностях и более разнесены на задних поверхностях.
Каждый велосипедист, который когда-либо крутил педали при сильном встречном ветре, знает о сопротивлении ветра. Это утомительно! Для того, чтобы двигаться вперед, велосипедист должен протолкнуть перед собой массу воздуха.
Велосипед
И велосипеды, и мотоциклы являются одноколейными транспортными средствами, поэтому их движения имеют много общих фундаментальных характеристик. Если рассматривать байкера и велосипед как единую систему, то действующими внешними силами являются: сила сопротивления, сила тяжести, инерция, сила трения о землю и внутренние силы, создаваемые гонщиком.
Парашют
Сила сопротивления, действующая на парашют, зависит от размеров парашюта, чем выше парашют, тем больше будет сила сопротивления, действующая на него.
На парашют действуют две силы: сила сопротивления или сопротивление воздуха и сила тяжести. Сила сопротивления действует в направлении, противоположном силе гравитации, и замедляет парашют всякий раз, когда он падает.
Парашютист падает с неба
Когда парашютист прыгает с самолета, на его тело действует как сопротивление воздуха, так и сила тяжести. Сила гравитации остается постоянной, но сопротивление воздуха увеличивается с увеличением скорости относительно земли.
Силу удара частиц воздуха о тело можно изменить, изменив положение его тела (площадь поперечного сечения тела). Это изменяет скорость парашютиста по отношению к земле.
Сила сопротивления (сопротивления), испытываемая телом, может быть представлена следующей формулой:
Где D — коэффициент лобового сопротивления,
р — плотность среды, в данном случае воздуха,
A — площадь поперечного сечения объекта, а
v — скорость объекта.
Движение стрел и фрисби
На траекторию стрелы влияют три силы: а) сила ускорения от лука к цели, б) сила ускорения к земле из-за силы тяжести и в) сила замедления из-за аэродинамического сопротивления стрелы.
Сила тетивы ускоряет стрелу от лука до тех пор, пока стрела не достигнет скорости пуска, сила сопротивления замедляет ее скорость, когда стрела движется по воздуху. В конце концов сила тяжести возвращает стрелу на поверхность земли.
Большие силы приводят к ускорению, но тяжелые массы очень трудно ускорить или замедлить. Поэтому более легкая стрела покидает лук с большей скоростью и быстрее теряет скорость во время полета.
Бегуны
Когда бегуны бегут, «ветер», с которым они сталкиваются, на самом деле является силой сопротивления.. В случае бегуна или пловца сила сопротивления всегда действует против движения, пытаясь замедлить их движение. Чтобы преодолеть сопротивление, бегун должен двигаться быстро, чтобы бежать вперед. Другими словами, тело должно производить больше тяги.
Пловцы
Различные формы сил сопротивления, такие как трение, давление и волновое сопротивление, постоянно действуют на пловца, когда он спускается в бассейн до их последнего касания стенки. Фрикционное сопротивление возникает в результате трения молекул воды о тело пловца, более гладкое тело пловца в некоторой степени уменьшает трение.
Во время плавания с более высокой скоростью происходит увеличение давления в лобной области (голова пловца), создавая разницу давлений между двумя концами тела пловца. Эта разница в давление создает турбулентность за телом пловца, эта дополнительная сила сопротивления является сопротивлением давлению..
Волновое сопротивление возникает в результате погружения тела пловца в воду и частичного выхода из воды. Вся сила волнового сопротивления создается головной и плечевой частями тела пловца.
Движение шаров
Когда мяч движется по воздуху, Drag будет сопротивляться движению мяча во время полета и одновременно уменьшит его дальность и высоту. боковой ветер отклонит его от первоначального пути. Оба эффекта учитываются игроками в таких видах спорта, как гольф.
Прыгающий мяч обычно следует за движением снаряда, на мяч действуют различные силы: сила сопротивления, гравитационная сила, магнусная сила из-за вращения мяча и выталкивающая сила, все силы необходимо учитывать для анализа движения мяча.
В общем, на величину силы сопротивления влияет множество факторов, включая форму и размер мяча, квадрат скорости объекта и состояние воздуха; в частности, плотность и вязкость воздуха. Определить величину силы сопротивления сложно, поскольку она зависит от деталей того, как поток взаимодействует с поверхностью объекта. Для футбольного мяча это особенно сложно, потому что стежки используются для удержания мяча вместе.
Источник
2. Сила трения и сила сопротивления
Сила трения — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого тела и направленная противоположно направлению движения.
1. неровности поверхностей соприкосновения;
2. при идеально гладких поверхностях — действие притяжения молекул.
2. силы, которая давит на поверхность. Чем больше сила, которая прижимает тело к поверхности, тем больше сила трения.
Трение является полезным , например, без трения мы не смогли бы сделать ни шагу (на льду трение меньше, поэтому идти по нему труднее), сила трения покоя позволяет предметам оставаться на своих местах, не позволяет выскальзывать опорам, которые удерживают на месте шурупы и гвозди, а также нити в тканях. Без трения автомобили и велосипеды не смогли бы двигаться в желаемом направлении.
Трение увеличивают, используя зимние покрышки, зимой посыпая скользкую дорогу песком, используя в механизмах шестерни и т. д.
Однако трение является также и вредным, оно влияет на нагрев и износ находящихся в соприкосновении деталей механизмов.
Это явление устраняют, используя смазочные вещества, заменяя трение скольжения трением качения (используя колёса и подшипники).
Силу, возникающую при движении тела в газе или в жидкости и препятствующую движению, называют силой сопротивления .
Источник