Kolika je sila otpora zraka. Sila otpora zraka

Za određivanje snage otpornost zrak stvoriti uvjete pod kojima će se tijelo početi gibati jednoliko i pravocrtno pod utjecajem sile teže. Izračunajte vrijednost sile teže, ona će biti jednaka sili otpora zraka. Ako se tijelo giba u zraku, povećavajući brzinu, njegova se sila otpora nalazi pomoću Newtonovih zakona, a sila otpora zraka također se može pronaći iz zakona održanja mehaničke energije i posebnih aerodinamičkih formula.

Trebat će vam

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

Uputa

• Određivanje otpora zraka ravnomjerno padajućem tijelu Izmjerite masu tijela pomoću vage. Nakon što ga ispustite s određene visine, provjerite kreće li se ravnomjerno. Pomnožite masu tijela u kilogramima s gravitacijskim ubrzanjem (9,81 m/s²), rezultat je sila gravitacije koja djeluje na tijelo. A budući da se giba jednoliko i pravocrtno, sila teže bit će jednaka sili otpora zraka.
• Određivanje otpora zraka tijela koje ubrzava Odredite masu tijela pomoću vage. Nakon što se tijelo počelo gibati, pomoću brzinomjera ili radara izmjerite njegovu trenutnu početnu brzinu. Na kraju dionice izmjerite njegovu trenutnu konačnu brzinu. Brzine se mjere u metrima u sekundi. Ako ga instrumenti mjere u kilometrima na sat, podijelite vrijednost s 3,6. Paralelno, koristeći štopericu, odredite vrijeme u kojem se ta promjena dogodila. Oduzimajući početnu brzinu od konačne brzine i rezultat dijeleći s vremenom, pronađite akceleraciju kojom se tijelo giba. Zatim pronađite silu koja uzrokuje promjenu brzine tijela. Ako tijelo pada, onda je to sila gravitacije, ako se tijelo kreće vodoravno, to je vučna sila motora. Od te sile oduzmite umnožak mase tijela i njegove akceleracije (Fc=F+m a). To će biti sila otpora zraka. Važno je da tijekom kretanja tijelo ne dodiruje tlo, na primjer, kretanje na zračnom jastuku ili padanje.
• Određivanje otpora zraka tijela pri padu s visine Izmjerite masu tijela i ispustite ga s unaprijed poznate visine. Pri dodiru s tlom zabilježite brzinu tijela pomoću brzinomjera ili radara. Nakon toga pronađite umnožak ubrzanja slobodnog pada od 9,81 m/s² i visine s koje je tijelo palo, od ove vrijednosti oduzmite kvadrat brzine. Dobiveni rezultat pomnožite s masom tijela i podijelite s visinom s koje je palo (Fc \u003d m (9,81 H-v²) / H). To će biti sila otpora zraka.

Kada se bilo koji objekt kreće po površini ili u zraku, pojavljuju se sile koje ga sprječavaju. Nazivaju se silama otpora ili trenja. U ovom ćemo članku objasniti kako pronaći silu otpora i razmotriti čimbenike koji na nju utječu.

Za određivanje sile otpora potrebno je koristiti treći Newtonov zakon. Ova je vrijednost brojčano jednaka sili koja se mora primijeniti da bi se predmet jednoliko kretao po ravnoj vodoravnoj površini. To se može učiniti dinamometrom. Sila otpora izračunava se po formuli F=μ*m*g. Prema ovoj formuli, željena vrijednost je izravno proporcionalna tjelesnoj težini. Vrijedno je uzeti u obzir da je za točan izračun potrebno odabrati μ - koeficijent ovisno o materijalu od kojeg je izrađen nosač. Također se uzima u obzir materijal od kojeg je predmet izrađen. Ovaj koeficijent je odabran prema tablici. Za proračun se koristi konstanta g koja iznosi 9,8 m/s2. Kako izračunati otpor ako se tijelo ne kreće pravocrtno, već duž nagnute ravnine? Da biste to učinili, morate unijeti cos kuta u izvornu formulu. Od kuta nagiba ovisi trenje i otpor površine tijela na kretanje. Formula za određivanje trenja na nagnutoj ravnini izgledat će ovako: F=μ*m*g*cos(α). Ako se tijelo giba po visini, tada na njega djeluje sila trenja zraka koja ovisi o brzini tijela. Željena vrijednost može se 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 zrakoplova 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 izračunava za svako tijelo posebno. Kada se tijelo giba u plinu ili tekućini, pri izračunavanju sile trenja potrebno je uzeti u obzir gustoću medija, kao i masu i volumen tijela. Povlačenje značajno smanjuje brzinu vlakova i automobila. Štoviše, dvije vrste sila djeluju na pokretne objekte - stalne i privremene. Ukupna sila trenja predstavljena je zbrojem dviju veličina. Kako bi smanjili otpor i povećali brzinu stroja, dizajneri i inženjeri izmišljaju razne materijale s kliznom površinom od koje se zrak odbija. Zbog toga prednji dio brzih vlakova ima aerodinamičan oblik. Ribe se vrlo brzo kreću u vodi zahvaljujući aerodinamičnom tijelu prekrivenom sluzi, što smanjuje trenje. Sila otpora nema uvijek negativan učinak na kretanje automobila. Za izvlačenje automobila iz blata potrebno je pod kotače nasuti pijesak ili šljunak. Zahvaljujući povećanju trenja, automobil se dobro nosi s močvarnim tlom i blatom.

Tijekom padobranstva koristi se otpor zraka. Kao rezultat nastalog trenja između kupole i zraka, brzina padobrana je smanjena, što omogućuje skok padobranom bez štete po život.

Kako pronaći silu otpora zraka? Molim savjet, hvala unaprijed.

1. Ali TI nemaš posao!! ? Ako pri padu u zraku, 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,
   gdje je B određeni koeficijent za svako tijelo (ovisi o obliku, materijalu, kvaliteti površine - glatka, hrapava), vremenskim uvjetima (tlak i vlaga) itd. Primjenjiv je samo pri brzinama do 60-100 m/s - i to s velikim rezervama (opet ovisi o uvjetima).
   Točnije, 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, s tim parametrima Bn praktički konstantnim).
   Ovdje je M Machov broj - jednostavno - jednak brzini zvuka u zraku - 315 m/s.
   Pa, općenito - najučinkovitija metoda - eksperiment.

   Bila bi duža informacija – rekao bih više.

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

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

   Pravedan sila otpora zraka, N
   Cx koeficijent otpora zraka (koeficijent strujnice), N*s2/(m*kg) . Cx se određuje eksperimentalno za svako tijelo.
   #961; gustoća zraka (1,29 kg/m3 u normalnim uvjetima)
   S prednja površina električnog vozila (automobila), m2. S je područje projekcije tijela na ravninu okomitu na uzdužnu os.
   #957; brzina električnog vozila (automobila), km/h

   Za izračun karakteristika ubrzanja električnog vozila (automobila) treba uzeti u obzir silu otpora ubrzanju (silu tromosti). Štoviše, potrebno je uzeti u obzir ne samo tromost samog električnog vozila, već i utjecaj momenta tromosti rotirajućih masa unutar električnog vozila (rotor, mjenjač, ​​kardan, kotači). Slijedi formula za izračunavanje sile otpora ubrzanju:

   Peraje. = m*a*#963;vr

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

   Otprilike, koeficijent obračunavanja rotirajućih masa #963;vr može se izračunati formulom:

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

   Gdje je ukp prijenosni omjer mjenjača

   Ostaje još opisati silu prianjanja kotača na cestu. Međutim, ta sila je od male koristi u daljnjim proračunima, pa ćemo je za sada ostaviti za kasnije.

   A sada već imamo ideju o glavnim silama koje djeluju na električni automobil (auto). Poznavanje ovog teorijskog pitanja uskoro će nas dovesti do proučavanja sljedećeg pitanja izračunavanja karakteristika električnog vozila potrebnih za informirani izbor motora, baterije i kontrolera.

Ona je komponenta ukupne aerodinamičke sile.

Sila otpora obično se predstavlja kao zbroj dviju komponenti: otpora pri nultom uzgonu i induciranog otpora. Svaku komponentu karakterizira vlastiti bezdimenzionalni koeficijent otpora i određena ovisnost o brzini kretanja.

Frontalni otpor može pridonijeti i zaleđivanju zrakoplova (pri niskim temperaturama zraka) i zagrijavanju čeonih površina zrakoplova pri nadzvučnim brzinama udarnom ionizacijom.

Otpor pri nultom dizanju

Ova komponenta otpora ne ovisi o veličini stvorene sile uzgona i sastoji se od otpora profila krila, otpora konstrukcijskih elemenata zrakoplova koji ne doprinose uzgonu i otpora valova. Potonji je značajan kada se kreće blizu i nadzvučnom brzinom, a uzrokovan je stvaranjem udarnog vala koji odnosi značajan dio energije gibanja. Otpor vala nastaje kada zrakoplov postigne brzinu koja odgovara kritičnom Machovom broju, kada dio strujanja oko krila zrakoplova dobije nadzvučnu brzinu. Kritični broj M je to veći što je kut zamaha krila veći, što je prednji rub krila šiljatiji i što je tanji.

Sila otpora usmjerena je protiv brzine gibanja, a njezina je vrijednost proporcionalna karakterističnoj površini S, gustoći sredstva ρ i kvadratu brzine V:

C x 0 - bezdimenzionalni koeficijent aerodinamičkog otpora, dobiven iz kriterija sličnosti, na primjer, Reynoldsovih i Froudeovih brojeva u aerodinamici.

Definicija karakterističnog područja ovisi o obliku tijela:

• u najjednostavnijem slučaju (lopta) - površina presjeka;
• za krila i perje - područje krila / perje u tlocrtu;
• za propelere i rotore helikoptera - ili područje lopatica ili zamahnuto područje propelera;
• za duguljasta tijela revolucije usmjerena uz strujanje (trup, oplata zračnog broda) - smanjena volumetrijska površina jednaka V 2/3, gdje je V volumen tijela.

Snaga potrebna za svladavanje određene komponente sile otpora proporcionalna je Kuba ubrzati.

Induktivna reaktancija

Induktivna reaktancija(Engleski) otpor uzrokovan podizanjem) posljedica je stvaranja uzgona na krilu konačnog raspona. Asimetrično strujanje oko krila dovodi do toga da strujanje zraka izlazi iz krila pod kutom u odnosu na strujanje na krilu (tzv. strujanje strujanja). Dakle, tijekom kretanja krila dolazi do stalnog ubrzanja mase nadolazećeg zraka u smjeru okomitom na smjer leta i usmjerenom prema dolje. Ovo ubrzanje je, prvo, popraćeno stvaranjem sile podizanja, a drugo, dovodi do potrebe da se ubrzanom toku prenese kinetička energija. Količina kinetičke energije potrebna za priopćavanje brzine protoku, okomito na smjer leta, odredit će vrijednost induktivnog otpora.

Na veličinu induktivnog otpora utječe ne samo veličina uzgonske sile, već i njezina raspodjela po rasponu krila. Minimalna vrijednost induktivne reaktancije postiže se eliptičnom raspodjelom sile dizanja duž raspona. Pri projektiranju krila to se postiže sljedećim metodama:

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

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

Dakle, induktivni otpor daje značajan doprinos pri letenju malom brzinom (i, kao rezultat, pri velikim napadnim kutovima). Također se povećava kako se povećava težina zrakoplova.

Totalni otpor

To je zbroj svih vrsta sila otpora:

x = x 0 + x ja

Budući da otpor pri nultom dizanju x 0 proporcionalna je kvadratu brzine, a induktivna x ja je obrnuto proporcionalan kvadratu brzine, različito doprinose pri različitim brzinama. S povećanjem brzine, x 0 raste, i x ja- pada, a graf ovisnosti ukupnog otpora x na brzinu („potrebna krivulja potiska”) ima minimum u točki sjecišta krivulja x 0 i x ja, pri čemu su obje sile otpora jednake po veličini. Pri ovoj brzini zrakoplov ima najmanji otpor za dani uzgon (jednak težini), a time i najveću aerodinamičku kvalitetu.

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

1. Kretanje vozila povezano je s kretanjem čestica zraka na koje se troši dio snage motora. Ti se troškovi sastoje od sljedećeg:

2. Frontalni otpor, koji se javlja zbog razlike u tlaku ispred i iza automobila u pokretu (55-60% otpora zraka).

3. Otpor koji strše dijelovi - retrovizor, itd. (12-18%).

4. Otpor koji proizlazi iz prolaska zraka kroz hladnjak i motorni prostor.

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

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

Kako bismo pojednostavili izračune otpora zraka, otpor raspoređen po cijeloj površini automobila zamijenimo silom otpora zraka koja djeluje u jednoj točki, tzv. središte jedra automobil.

Iskustvom je utvrđeno da sila otpora zraka ovisi o sljedećim čimbenicima:

O brzini automobila, a ta je ovisnost kvadratna;

Iz prednjeg dijela automobila F;

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

Zatim sila otpora zraka .

Prilikom utvrđivanja F koristiti empirijske formule koje određuju približno područje otpora. Za kamione F obično: F=H×B(umnožak visine i širine), slično i za autobuse. Prihvaćeno za automobile F=0,8H×B. Postoje i druge formule koje uzimaju u obzir trag automobila, vjerojatnost promjene visine vozila itd. K u ×F nazvao faktor racionalizacije i označavaju W.

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

gdje je C X koeficijent određen empirijski i uzimajući u obzir raspodjelu sile otpora zraka duž osi "x". Ovaj koeficijent se dobiva puhanjem u aerodinamičkom tunelu, ;

r - gustoća zraka, prema GOST r \u003d 1,225 kg / m 3 na nuli.

Dobivamo .

Umnožak je visina brzine 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 ovisnost: K u \u003d 0,61S X.

Prikolica na vozilu povećava vučnu silu u prosjeku za 25%.