Kolika je sila otpora vazduha. Sila otpora vazduha

Za određivanje snage otpor zrak stvoriti uslove pod kojima će se tijelo početi kretati ravnomjerno i pravolinijski pod utjecajem gravitacije. Izračunajte vrijednost gravitacije, ona će biti jednaka sili otpora zraka. Ako se tijelo kreće u zraku, povećavajući brzinu, njegova sila otpora se nalazi pomoću Newtonovih zakona, a sila otpora zraka također se može naći iz zakona održanja mehaničke energije i posebnih aerodinamičkih formula.

Trebaće ti

• daljinomjer, vaga, brzinomjer ili radar, ravnalo, štoperica.

Uputstvo

• Određivanje otpora zraka ravnomjerno padajućem tijelu Izmjerite masu tijela pomoću vage. Nakon što ga spustite sa određene visine, uvjerite se da se kreće ravnomjerno. Pomnožite masu tijela u kilogramima sa ubrzanjem gravitacije, (9,81 m/s²), rezultat je sila gravitacije koja djeluje na tijelo. A budući da se kreće ravnomjerno i pravolinijski, sila gravitacije će biti jednaka sili otpora zraka.
• Određivanje otpora zraka tijela koje se povećava. Odredite masu tijela pomoću vage. Nakon što se tijelo počne kretati, pomoću brzinomjera ili radara izmjerite njegovu trenutnu početnu brzinu. Na kraju sekcije izmjerite njegovu trenutnu konačnu brzinu. Brzine se mjere u metrima u sekundi. Ako ga instrumenti mjere u kilometrima na sat, podijelite vrijednost sa 3,6. Paralelno, koristeći štopericu, odredite vrijeme tokom kojeg je došlo do ove promjene. Oduzimajući početnu brzinu od konačne brzine i podijelivši rezultat s vremenom, pronađite ubrzanje kojim se tijelo kreće. Zatim pronađite silu koja uzrokuje promjenu brzine tijela. Ako tijelo padne, onda je to sila gravitacije, ako se tijelo kreće horizontalno, to je vučna sila motora. Od te sile oduzmite proizvod mase tijela i njegovog ubrzanja (Fc=F+m a). Ovo će biti sila otpora vazduha. Važno je da prilikom kretanja tijelo ne dodiruje tlo, na primjer, kreće se na zračnom jastuku ili pada.
• Određivanje otpora vazduha tela koje pada sa visine. Izmerite masu tela i ispustite je sa unapred poznate visine. U dodiru sa tlom zabilježite brzinu tijela pomoću brzinomjera ili radara. Nakon toga pronađite proizvod ubrzanja slobodnog pada od 9,81 m/s² i visine s koje je tijelo palo, oduzmite kvadrat brzine od ove vrijednosti. Dobiveni rezultat pomnožite masom tijela i podijelite s visinom s koje je palo (Fc = m (9,81 H-v²) / H). Ovo će biti sila otpora vazduha.

Kada se bilo koji predmet kreće po površini ili u zraku, nastaju sile koje to sprječavaju. Zovu se sile otpora ili trenja. U ovom članku ćemo objasniti kako pronaći silu otpora i razmotriti faktore koji na nju utiču.

Za određivanje sile otpora potrebno je koristiti treći Newtonov zakon. Ova vrijednost je brojčano jednaka sili koja se mora primijeniti da bi se predmet kretao ravnomjerno na ravnoj horizontalnoj površini. To se može uraditi dinamometrom. Sila otpora se izračunava po formuli F=μ*m*g. Prema ovoj formuli, željena vrijednost je direktno proporcionalna tjelesnoj težini. Vrijedno je uzeti u obzir da je za ispravan izračun potrebno odabrati μ - koeficijent ovisno o materijalu od kojeg je napravljen nosač. U obzir se uzima i materijal objekta. Ovaj koeficijent se bira prema tabeli. Za proračun se koristi konstanta g, koja je jednaka 9,8 m/s2. Kako izračunati otpor ako se tijelo ne kreće pravolinijski, već duž nagnute ravni? Da biste to učinili, morate unijeti cos kuta u originalnu formulu. Od ugla nagiba zavisi trenje i otpor površine tijela na kretanje. Formula za određivanje trenja na kosoj ravni će izgledati ovako: F=μ*m*g*cos(α). Ako se tijelo kreće po visini, tada na njega djeluje sila trenja zraka, što ovisi o brzini objekta. Željena vrijednost se može izračunati po formuli F=v*α. Gdje je v brzina objekta, a α koeficijent otpora medija. Ova formula je prikladna samo za tijela koja se kreću malom brzinom. Za određivanje sile otpora mlaznih aviona i drugih jedinica velike brzine koristi se još jedna - F = v2 * β. Za izračunavanje sile trenja brzih tijela koristi se kvadrat brzine i koeficijent β koji se računa za svaki objekt posebno. Kada se predmet kreće u gasu ili tečnosti, prilikom izračunavanja sile trenja potrebno je uzeti u obzir gustinu sredine, kao i masu i zapreminu tela. Povlačenje značajno smanjuje brzinu vozova i automobila. Štaviše, na pokretne objekte djeluju dvije vrste sila - stalne i privremene. Ukupna sila trenja je predstavljena zbirom dvije veličine. Da bi smanjili otpor i povećali brzinu mašine, dizajneri i inženjeri izmišljaju razne materijale sa kliznom površinom sa koje se odbija vazduh. Zato prednji dio brzih vozova ima aerodinamičan oblik. Ribe se vrlo brzo kreću u vodi zahvaljujući aerodinamičnom tijelu, prekrivenom sluzom, što smanjuje trenje. Sila otpora nema uvijek negativan učinak na kretanje automobila. Da biste automobil izvukli iz blata, ispod točkova je potrebno sipati pesak ili šljunak. Zahvaljujući povećanju trenja, automobil se dobro nosi sa močvarnim tlom i blatom.

Otpor zraka se koristi tokom padobranstva. Kao rezultat nastalog trenja između kupole i zraka, brzina padobranca je smanjena, što omogućava padobranstvo bez štete po život.

Kako pronaći silu otpora zraka? Molimo Vas za savjet, hvala unaprijed.

1. Ali TI nemaš posao!! ? Ako prilikom pada u zrak, onda prema formuli: Fc=m*g-m*a; m- masa tijela g=9,8 ms a-ubrzanje kojim tijelo pada.
2. Sila otpora određena je Newtonovom formulom
   F=B*v^2,
   gde je B određeni koeficijent za svako telo (zavisi od oblika, materijala, kvaliteta površine - glatka, hrapava), vremenskih uslova (pritisak i vlažnost) itd. Primenjuje se samo pri brzinama do 60-100 m/s - a onda sa velikim rezervama (opet zavisi od uslova).
   Preciznije, može se odrediti formulom
   F=Bn*v^n
   , gdje je Bn, u principu, isti koeficijent B, ali ovisi o brzini, kao i eksponent n (n = 2 (približno) kada je brzina tijela u atmosferi manja od M/2 i više od 2..3M, sa ovim parametrima Bn praktično konstantnim).
   Ovdje je M Mahov broj - ako jednostavno - jednak brzini zvuka u zraku - 315 m/s.
   Pa, općenito - najefikasnija metoda - eksperiment.

   To bi bila duža informacija - rekao bih više.

3. Kada se električno vozilo (automobil) kreće brzinom većom od brzine pješaka, sila otpora zraka ima primjetan učinak. Za izračunavanje sile otpora zraka koristi se sljedeća empirijska formula:

   Fer = Cx*S*#961;*#957;2/2

   Fer sila otpora vazduha, N
   Cx koeficijent otpora vazduha (koeficijent strujnosti), N*s2/(m*kg) . Cx se određuje eksperimentalno za svako tijelo.
   #961; gustina vazduha (1,29 kg/m3 pod normalnim uslovima)
   S frontalna površina električnog vozila (automobila), m2. S je površina projekcije tijela na ravninu okomitu na uzdužnu os.
   #957; brzina električnog vozila (automobila), km/h

   Za izračunavanje karakteristika ubrzanja električnog vozila (automobila), treba uzeti u obzir silu otpora ubrzanju (sila inercije). Osim toga, potrebno je uzeti u obzir ne samo inerciju samog električnog vozila, već i utjecaj momenta inercije rotirajućih masa unutar električnog vozila (rotor, mjenjač, ​​kardan, kotači). Sljedeća je formula za izračunavanje sile otpora ubrzanju:

   Fin. = m*a*#963;vr

   Fin. sila otpora ubrzanju, N
   m masa električnog vozila, kg
   ubrzanje električnog vozila, m/s2
   #963;VR faktor za rotirajuće mase

   Približno, koeficijent obračuna rotirajućih masa #963;vr može se izračunati po formuli:

   #963;vr=1,05 + 0,05*u2kp

   Gdje je ukp prijenosni omjer mjenjača

   Ostaje da se opiše sila prianjanja točkova na cestu. Međutim, ova sila je od male koristi u daljim proračunima, pa ćemo je za sada ostaviti za kasnije.

   A sada već imamo ideju o glavnim silama koje djeluju na električni automobil (automobil). Poznavanje ovog teorijskog pitanja uskoro će nas navesti da proučimo sljedeće pitanje izračunavanja karakteristika električnog vozila neophodnih za informirani izbor motora, baterije i kontrolera.

To je komponenta ukupne aerodinamičke sile.

Sila otpora se obično predstavlja kao zbir dvije komponente: otpor pri nultom podizanju i induciran otpor. Svaku komponentu karakterizira vlastiti bezdimenzionalni koeficijent otpora i određena ovisnost o brzini kretanja.

Prednji otpor može doprinijeti i zaleđivanju aviona (pri niskim temperaturama zraka) i zagrijavanju prednjih površina aviona pri nadzvučnim brzinama udarnom jonizacijom.

Otpor pri nultom podizanju

Ova komponenta otpora ne zavisi od veličine stvorene sile uzgona i sastoji se od otpora profila krila, otpora konstrukcijskih elemenata aviona koji ne doprinose uzgonu i otpora talasa. Potonje je značajno kada se kreće blizu i nadzvučnim brzinama, a uzrokovano je formiranjem udarnog vala koji nosi značajan dio energije kretanja. Talasni otpor nastaje kada avion dostigne brzinu koja odgovara kritičnom Mahovom broju, kada dio strujanja oko krila aviona poprimi nadzvučnu brzinu. Kritični broj M je veći, što je veći ugao zamaha krila, što je prednja ivica krila zašiljena i što je tanja.

Sila otpora je usmjerena protiv brzine kretanja, njena vrijednost je proporcionalna karakterističnoj površini S, gustoći sredine ρ i kvadratu brzine V:

C x 0 - bezdimenzionalni koeficijent aerodinamičkog otpora, dobijen iz kriterija sličnosti, na primjer, Reynolds i Froude brojevi u aerodinamici.

Definicija karakterističnog područja ovisi o obliku tijela:

• u najjednostavnijem slučaju (lopta) - površina poprečnog presjeka;
• za krila i perje - površina krila/pranja u planu;
• za propelere i rotore helikoptera - ili područje lopatica ili područje propelera;
• za duguljasta tijela okrenuta revolucije zajedno protok (trup, školjka vazdušnog broda) - smanjena zapreminska površina jednaka V 2/3, gde je V zapremina tela.

Snaga potrebna za savladavanje date komponente sile otpora je proporcionalna Kuba brzina.

Induktivna reaktansa

Induktivna reaktansa(engleski) otpor izazvan podizanjem) je posljedica formiranja uzgona na krilu konačnog raspona. Asimetrično strujanje oko krila dovodi do toga da strujanje zraka izlazi iz krila pod uglom u odnosu na strujanje na krilu (tzv. flow bevel). Dakle, tokom kretanja krila dolazi do stalnog ubrzanja mase nadolazećeg zraka u smjeru okomitom na smjer leta i usmjerenom prema dolje. Ovo ubrzanje je, prvo, praćeno formiranjem sile podizanja, a drugo, dovodi do potrebe da se protoku koji ubrzava prenese kinetička energija. Količina kinetičke energije potrebna da se brzina prenese na protok, okomito na smjer leta, odredit će vrijednost induktivnog otpora.

Na veličinu induktivnog otpora utiče ne samo veličina sile uzgona, već i njena distribucija po rasponu krila. Minimalna vrijednost induktivne reaktanse postiže se eliptičnom raspodjelom sile dizanja duž raspona. Prilikom dizajniranja krila to se postiže sljedećim metodama:

• izbor racionalnog oblika krila u planu;
• korištenje geometrijskog i aerodinamičkog uvijanja;
• ugradnja pomoćnih površina - vertikalni vrhovi krila.

Induktivna reaktancija proporcionalna kvadrat sila podizanja Y, i obrnuto površina krila S, njegovo izduženje λ, srednja gustina ρ i kvadrat brzina V:

Dakle, induktivni otpor daje značajan doprinos pri letenju pri maloj brzini (i, kao rezultat, pri velikim napadnim uglovima). Takođe se povećava kako se povećava težina aviona.

Totalni otpor

To je zbir svih vrsta sila otpora:

X = X 0 + X i

Budući da je otpor pri nultom podizanju X 0 je proporcionalno kvadratu brzine, a induktivno X i je obrnuto proporcionalan kvadratu brzine, doprinose različito pri različitim brzinama. Sa povećanjem brzine, X 0 raste, i X i- pada, a graf zavisnosti ukupnog otpora X na brzini ("potrebna kriva potiska") ima minimum u tački presjeka krivina X 0 i X i, pri čemu su obje sile otpora jednake po veličini. Pri ovoj brzini, avion ima najmanji otpor za dato podizanje (jednako težini), a samim tim i najveći aerodinamički kvalitet.

Wikimedia fondacija. 2010 .

1. Kretanje vozila povezano je sa kretanjem čestica vazduha koje troše deo snage motora. Ovi troškovi se sastoje od sljedećeg:

2. Frontalni otpor, koji nastaje zbog razlike u pritisku ispred i iza automobila u pokretu (55-60% otpora vazduha).

3. Otpor koji stvaraju istureni dijelovi - retrovizor itd. (12-18%).

4. Otpor koji nastaje zbog prolaska vazduha kroz hladnjak i motorni prostor.

5. Otpor zbog trenja obližnjih površina o slojeve zraka (do 10%).

6. Otpor uzrokovan razlikom pritiska između gornjeg i donjeg dijela automobila (5-8%).

Da bismo pojednostavili proračun otpora zraka, zamjenjujemo otpor raspoređen po cijeloj površini automobila sa silom otpora zraka primijenjenom u jednoj tački, tzv. sail center auto.

Iskustvom je utvrđeno da sila otpora vazduha zavisi od sledećih faktora:

O brzini automobila, a ova zavisnost je kvadratna;

Sa prednjeg dela automobila F;

Iz koeficijenta racionalizacije K in, koja je brojčano jednaka sili otpora zraka koju stvara jedan kvadratni metar prednje površine vozila kada se kreće brzinom od 1 m/s.

Zatim sila otpora vazduha.

Prilikom utvrđivanja F koristite empirijske formule koje određuju približnu površinu otpora. Za kamione F obično: F=H×B(umnožak visine i širine), slično za autobuse. Prihvaćeno za automobile F=0,8H×B. Postoje i druge formule koje uzimaju u obzir trag automobila, vjerovatnoću promjene visine vozila itd. K u ×F pozvao faktor racionalizacije i označiti W.

Za određivanje koeficijenta racionalizacije koriste se posebni uređaji ili metoda spuštanja, koja se sastoji u određivanju promjene putanje automobila koji se slobodno kotrlja kada se kreće različitim početnim brzinama. Kada se automobil kreće u struji zraka, sila otpora zraka R in može se razložiti na komponente duž osi ATS-a. Istovremeno, formule za određivanje projekcija sila razlikuju se samo po koeficijentima koji uzimaju u obzir raspodjelu sile duž osi. Koeficijent racionalizacije može se odrediti iz izraza:

gdje je C X koeficijent određen empirijski i uzimajući u obzir raspodjelu sile otpora zraka duž "x" ose. Ovaj koeficijent se dobija duvanjem u aerotunelu, ;

r - gustoća zraka, prema GOST-u r = 1,225 kg / m 3 na nuli.

Dobijamo .

Proizvod je brzina koja je jednaka kinetičkoj energiji kubnog metra zraka koji se kreće brzinom automobila u odnosu na zrak.

Koeficijent K in ima dimenziju.

Između K in i C X postoji zavisnost: K u \u003d 0,61S X.

Prikolica na vozilu povećava otpor otpora u prosjeku za 25%.