Aká je sila odporu vzduchu? Sila odporu vzduchu

Na určenie sily odpor vzduchu vytvárajú podmienky, pri ktorých sa telo začne pôsobením gravitácie pohybovať rovnomerne a lineárne. Vypočítajte hodnotu gravitácie, bude sa rovnať sile odporu vzduchu. Ak sa teleso pohybuje vo vzduchu a naberá rýchlosť, jeho odporová sila sa zistí pomocou Newtonových zákonov a odporová sila vzduchu sa dá zistiť aj zo zákona zachovania mechanickej energie a špeciálnych aerodynamických vzorcov.

Budete potrebovať

• diaľkomer, váhy, rýchlomer či radar, pravítko, stopky.

Inštrukcie

• Stanovenie odporu vzduchu pre rovnomerne padajúce teleso Zmerajte hmotnosť telesa pomocou váhy. Spustite ho z určitej výšky a zabezpečte, aby sa pohyboval rovnomerne. Vynásobte hmotnosť telesa v kilogramoch gravitačným zrýchlením (9,81 m/s²), výsledkom je gravitačná sila pôsobiaca na teleso. A keďže sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro, gravitačná sila sa bude rovnať sile odporu vzduchu.
• Určenie odporu vzduchu pri rýchlosti zdvihu telesa Určte hmotnosť telesa pomocou stupnice. Keď sa telo začne pohybovať, použite rýchlomer alebo radar na meranie jeho okamžitej počiatočnej rýchlosti. Na konci úseku zmerajte jeho okamžitú konečnú rýchlosť. Merajte rýchlosti v metroch za sekundu. Ak ju prístroje merajú v kilometroch za hodinu, vydeľte hodnotu 3,6. Zároveň pomocou stopiek zistite čas, počas ktorého k tejto zmene došlo. Odčítaním počiatočnej rýchlosti od konečnej rýchlosti a delením výsledku časom nájdite zrýchlenie, s ktorým sa telo pohybuje. Potom nájdite silu, ktorá spôsobuje, že telo mení rýchlosť. Ak telo padne, potom je to sila gravitácie; ak sa telo pohybuje horizontálne, potom je to ťažná sila motora. Od tejto sily odčítajte súčin hmotnosti telesa a jeho zrýchlenia (Fc=F+m a). To bude sila odporu vzduchu. Je dôležité, aby sa telo pri pohybe nedotýkalo zeme, napríklad sa pohybovalo na vzduchovom vankúši alebo padalo.
• Určenie odporu vzduchu telesa padajúceho z výšky Zmerajte hmotnosť telesa a pustite ho z výšky, ktorá je vopred známa. Pri kontakte so zemou zaznamenávajte rýchlosť tela pomocou rýchlomera alebo radaru. Potom nájdite súčin tiažového zrýchlenia 9,81 m/s² a výšky, z ktorej teleso spadlo, od tejto hodnoty odčítajte druhú mocninu rýchlosti. Získaný výsledok vynásobte hmotnosťou telesa a vydeľte výškou, z ktorej spadlo (Fc=m (9,81 H-v²)/H). To bude sila odporu vzduchu.

Keď sa akýkoľvek predmet pohybuje na povrchu alebo vo vzduchu, vznikajú sily, ktoré tomu bránia. Nazývajú sa odporové alebo trecie sily. V tomto článku vám povieme, ako nájsť brzdnú silu a pozrieť sa na faktory, ktoré ju ovplyvňujú.

Na určenie odporovej sily je potrebné použiť tretí Newtonov zákon. Táto hodnota sa číselne rovná sile, ktorá musí byť použitá, aby sa objekt pohyboval rovnomerne na rovnom vodorovnom povrchu. To je možné vykonať pomocou dynamometra. Odporová sila sa vypočíta podľa vzorca F=μ*m*g. Podľa tohto vzorca je požadovaná hodnota priamo úmerná telesnej hmotnosti. Stojí za zváženie, že pre správny výpočet je potrebné zvoliť μ - koeficient, ktorý závisí od materiálu, z ktorého je podpera vyrobená. Zohľadňuje sa aj materiál položky. Tento koeficient sa vyberie podľa tabuľky. Na výpočet sa používa konštanta g, ktorá sa rovná 9,8 m/s2. Ako vypočítať odpor, ak sa teleso nepohybuje po priamke, ale po naklonenej rovine? Aby ste to dosiahli, musíte do počiatočného vzorca zadať cos uhla. Je to uhol sklonu, ktorý určuje trenie a odpor povrchu telies voči pohybu. Vzorec na určenie trenia na naklonenej rovine bude vyzerať takto: F=μ*m*g*cos(α). Ak sa teleso pohybuje vo výške, potom naň pôsobí sila trenia vzduchu, ktorá závisí od rýchlosti objektu. Požadovanú hodnotu možno vypočítať pomocou vzorca F=v*α. Kde v je rýchlosť pohybu objektu a α je koeficient odporu média. Tento vzorec je vhodný len pre telesá, ktoré sa pohybujú nízkou rýchlosťou. Na určenie odporovej sily prúdových lietadiel a iných vysokorýchlostných jednotiek sa používa iná - F=v2*β. Na výpočet trecej sily rýchlobežných telies použite druhú mocninu rýchlosti a koeficientu β, ktorý sa vypočítava pre každý objekt zvlášť. Keď sa objekt pohybuje v plyne alebo kvapaline, pri výpočte trecej sily je potrebné vziať do úvahy hustotu média, ako aj hmotnosť a objem telesa. Odpor premávky výrazne znižuje rýchlosť vlakov a áut. Okrem toho na pohybujúce sa objekty pôsobia dva druhy síl - trvalé a dočasné. Celková trecia sila je reprezentovaná súčtom dvoch veličín. Na zníženie odporu a zvýšenie rýchlosti stroja vymýšľajú konštruktéri a inžinieri rôzne materiály s klzným povrchom, od ktorého je odpudzovaný vzduch. Preto má predná časť rýchlovlakov aerodynamický tvar. Ryby sa vo vode pohybujú veľmi rýchlo vďaka prúdnicovému telu pokrytému slizom, ktorý znižuje trenie. Sila odporu nemá vždy negatívny vplyv na pohyb áut. Ak chcete vytiahnuť auto z blata, musíte pod kolesá nasypať piesok alebo drvený kameň. Vďaka zvýšeniu trenia si auto dobre poradí s bažinatou pôdou a blatom.

Pri zoskoku padákom sa využíva vzdušný odpor. V dôsledku trenia medzi vrchlíkom a vzduchom sa parašutistovi znižuje rýchlosť, čo mu umožňuje venovať sa zoskoku padákom bez ujmy na živote.

Ako zistiť silu odporu vzduchu? Prosím, povedzte mi, vopred ďakujem.

1. Ale ty nemáš žiadnu úlohu!! ? Ak pri páde vo vzduchu, tak podľa vzorca: Fc=m*g-m*a; m - hmotnosť telesa g = 9,8 ms a - zrýchlenie, s ktorým teleso padá.
2. Odporová sila je určená Newtonovým vzorcom
   F=B*v^2,
   kde B je určitý koeficient pre každé teleso (v závislosti od tvaru, materiálu, kvality povrchu - hladký, drsný), poveternostných podmienok (tlak a vlhkosť) atď. Je použiteľný len pri rýchlostiach do 60-100 m/s - a potom s veľkými výhradami (opäť veľmi záleží na podmienkach).
   Dá sa presnejšie určiť pomocou vzorca
   F=Bn*v^n
   , kde Bn je v princípe rovnaký koeficient B, ale závisí od rýchlosti, podobne ako exponent n (n=2 (približne), keď je rýchlosť telesa v atmosfére menšia ako M/2 a väčšia ako 2 ..3M, s týmito parametrami Bn takmer konštantná hodnota).
   Tu M je Machovo číslo – zjednodušene povedané – rovné rýchlosti zvuku vo vzduchu – 315 m/s.
   Vo všeobecnosti je najúčinnejšou metódou experiment.

   Keby bolo viac informácií, povedal by som viac.

3. Keď sa elektrické vozidlo (auto) pohybuje rýchlosťou presahujúcou rýchlosť chodca, sila odporu vzduchu má citeľný vplyv. Na výpočet sily odporu vzduchu použite nasledujúci empirický vzorec:

   Fér = Cx*S*#961;*#957;2/2

   Fér sila odporu vzduchu, N
   Cx koeficient odporu vzduchu (koeficient prúdenia), N*s2/(m*kg). Cx sa určuje experimentálne pre každé teleso.
   #961; hustota vzduchu (1,29 kg/m3 za normálnych podmienok)
   S čelná plocha elektrického vozidla (automobilu), m2. S je oblasť priemetu tela na rovinu kolmú na pozdĺžnu os.
   #957; rýchlosť elektrického vozidla (automobilu), km/h

   Na výpočet akceleračných charakteristík elektrického vozidla (automobilu) by sa mala brať do úvahy sila odporu pri zrýchlení (zotrvačná sila). Navyše je potrebné brať do úvahy nielen zotrvačnosť samotného elektromobilu, ale aj vplyv momentu zotrvačnosti rotujúcich hmôt vo vnútri elektromobilu (rotor, prevodovka, kardan, kolesá). Nasleduje vzorec na výpočet sily odporu pri zrýchlení:

   Fin. = m*a*#963;vr

   Fin. sila odporu zrýchlenia, N
   m hmotnosť elektrického vozidla, kg
   zrýchlenie elektrického vozidla, m/s2
   #963;r faktor pre zohľadnenie rotujúcich hmôt

   Približný faktor na zohľadnenie rotujúcich hmôt možno vypočítať pomocou vzorca:

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

   Kde je prevodový pomer?

   Zostáva popísať silu priľnavosti kolies k vozovke. Táto sila je však pri ďalších výpočtoch málo využiteľná, preto to necháme na neskôr.

   A teraz už máme predstavu o hlavných silách pôsobiacich na elektrické vozidlo (auto). Znalosť tejto teoretickej problematiky nás čoskoro podnieti k preštudovaniu ďalšieho čísla výpočtu charakteristík elektrického vozidla potrebného pre informovaný výber motora, batérie a ovládača.

Je súčasťou celkovej aerodynamickej sily.

Brzdná sila je zvyčajne reprezentovaná ako súčet dvoch zložiek: odporu s nulovým zdvihom a indukovaného odporu. Každý komponent sa vyznačuje vlastným bezrozmerným koeficientom odporu vzduchu a určitou závislosťou od rýchlosti pohybu.

Odpor môže jednak prispievať k námraze lietadla (pri nízkych teplotách vzduchu) a jednak spôsobovať zahrievanie čelných plôch lietadla pri nadzvukovej rýchlosti nárazovou ionizáciou.

Ťahajte pri nulovom zdvihu

Táto zložka odporu nezávisí od veľkosti vytvorenej vztlakovej sily a pozostáva z profilového odporu krídla, odporu konštrukčných prvkov lietadla, ktoré neprispievajú k vztlakovej sile, a vlnového odporu. Tá je významná pri pohybe blízko- a nadzvukovou rýchlosťou a je spôsobená tvorbou rázovej vlny, ktorá odnáša značnú časť pohybovej energie. Vlnový odpor nastáva, keď lietadlo dosiahne rýchlosť zodpovedajúcu kritickému Machovmu číslu, keď časť prúdenia obtekajúceho krídlo lietadla nadobudne nadzvukovú rýchlosť. Čím väčšie je kritické číslo M, tým väčší je uhol sklonu krídla, tým je nábežná hrana krídla špicatejšia a tým je tenšia.

Odporová sila je nasmerovaná proti rýchlosti pohybu, jej veľkosť je úmerná charakteristickej ploche S, hustote prostredia ρ a druhej mocnine rýchlosti V:

C X 0 je bezrozmerný koeficient aerodynamického odporu získaný z kritérií podobnosti, napríklad z Reynoldsových a Froudeho čísel v aerodynamike.

Určenie charakteristickej plochy závisí od tvaru tela:

• v najjednoduchšom prípade (guľa) - plocha prierezu;
• pre krídla a oplotenie - plocha krídla / oplotenia v pôdoryse;
• pre vrtule a rotory vrtuľníkov - buď plocha lopatiek, alebo plocha rotora;
• pre podlhovasté rotačné telesá orientované pozdĺž prietok (trup, plášť vzducholode) - zmenšená objemová plocha rovná V 2/3, kde V je objem tela.

Sila potrebná na prekonanie danej zložky odporovej sily je úmerná Kuba rýchlosť.

Indukčná reaktancia

Indukčná reaktancia(Angličtina) ťahom vyvolaným zdvihom) je dôsledkom vzniku vztlaku na krídle s konečným rozpätím. Asymetrické obtekanie krídla vedie k tomu, že prúdenie vzduchu uniká z krídla pod uhlom k prúdeniu dopadajúcemu na krídlo (tzv. skosenie prúdenia). Pri pohybe krídla teda dochádza k neustálemu zrýchľovaniu hmoty prichádzajúceho vzduchu v smere kolmom na smer letu a nasmerovaného nadol. Toto zrýchlenie je po prvé sprevádzané vytváraním zdvíhacej sily a po druhé vedie k potrebe odovzdať zrýchľujúcemu sa prúdu kinetickú energiu. Množstvo kinetickej energie potrebnej na udelenie rýchlosti kolmej na smer letu prúdeniu určí veľkosť indukčného odporu.

Veľkosť indukovaného odporu je ovplyvnená nielen veľkosťou vztlakovej sily, ale aj jej rozložením po rozpätí krídla. Minimálna hodnota indukčného odporu sa dosiahne eliptickým rozložením zdvíhacej sily pozdĺž rozpätia. Pri navrhovaní krídla sa to dosiahne pomocou nasledujúcich metód:

• výber racionálneho plánu krídla;
• použitie geometrického a aerodynamického krútenia;
• inštalácia pomocných plôch - zvislé hroty krídel.

Indukčná reaktancia je úmerná námestie zdvíhacia sila Y a naopak plocha krídla S, jeho predĺženie λ, stredná hustota ρ a námestie rýchlosť V:

Indukovaný odpor teda významne prispieva pri lietaní pri nízkych rýchlostiach (a v dôsledku toho pri vysokých uhloch nábehu). Zvyšuje sa aj so zvyšujúcou sa hmotnosťou lietadla.

Celkový odpor

Je súčtom všetkých typov odporových síl:

X = X 0 + X i

Od ťahu pri nulovom zdvihu X 0 je úmerná druhej mocnine rýchlosti a induktívnej X i- je nepriamo úmerná druhej mocnine rýchlosti, potom pri rôznych rýchlostiach prinášajú rôzne príspevky. S rastúcou rýchlosťou, X 0 rastie a X i- pády a graf celkového odporu X na rýchlosti („krivka požadovaného ťahu“) má v priesečníku kriviek minimum X 0 a X i, pri ktorej sú obidve odporové sily rovnako veľké. Pri tejto rýchlosti má lietadlo najmenší odpor pre danú vztlakovú silu (rovnajúcu sa hmotnosti), a teda najvyššiu aerodynamickú kvalitu.

Nadácia Wikimedia. 2010.

1. Pohyb vozidla je spojený s pohybom častíc vzduchu, ktorý spotrebúva časť výkonu motora. Tieto náklady pozostávajú z nasledujúcich zložiek:

2. Čelný odpor, ktorý sa objavuje v dôsledku rozdielu tlaku pred a za idúcim autom (55-60% odpor vzduchu).

3. Odpor vytvorený vyčnievajúcimi časťami - spätné zrkadlo a pod. (12-18 %).

4. Odpor, ktorý vzniká pri prechode vzduchu cez chladič a motorový priestor.

5. Odolnosť v dôsledku trenia blízkych povrchov proti vrstvám vzduchu (až 10%).

6. Odpor spôsobený rozdielom tlaku medzi hornou a spodnou časťou auta (5-8%).

Pre zjednodušenie výpočtov odporu vzduchu nahradíme odpor rozložený po celej ploche auta silou odporu vzduchu pôsobiacou v jednom bode, tzv. stred plachty auto.

Skúsenosti ukázali, že sila odporu vzduchu závisí od nasledujúcich faktorov:

Na rýchlosti vozidla a táto závislosť má kvadratickú povahu;

Z prednej časti auta F;

Z koeficientu zefektívnenia K in, ktorá sa číselne rovná sile odporu vzduchu, ktorú vytvára jeden štvorcový meter prednej plochy vozidla pri jeho pohybe rýchlosťou 1 m/s.

Potom je sila odporu vzduchu .

Pri určovaní F použite empirické vzorce na určenie približnej oblasti odporu. Pre nákladné autá F zvyčajne: F = H x B(súčin výšky a šírky), podobne pre autobusy. Akceptované pre osobné autá F = 0,8 H x B. Existujú aj iné vzorce, ktoré zohľadňujú rozchod vozidla, pravdepodobnosť zmeny výšky vozidla atď. K v ×F volal racionalizačný faktor a označujú W.

Na určenie koeficientu prúdenia sa používajú špeciálne prístroje alebo metóda dobehu, ktorá spočíva v určovaní zmeny dráhy voľne sa pohybujúceho vozidla pri pohybe rôznymi počiatočnými rýchlosťami. Keď sa auto pohybuje v prúde vzduchu, sila odporu vzduchu R in je možné rozložiť na komponenty pozdĺž osí vozidla. V tomto prípade sa vzorce na určenie priemetov síl líšia iba v koeficientoch, ktoré zohľadňujú rozloženie sily pozdĺž osí. Koeficient zefektívnenia možno určiť z výrazu:

kde C X je koeficient určený experimentálne a berúc do úvahy rozloženie sily odporu vzduchu pozdĺž osi „x“. Tento koeficient sa získa fúkaním vo veternom tuneli, ;

r - hustota vzduchu, podľa GOST r = 1,225 kg / m 3 pri nule.

Dostaneme .

Súčin predstavuje rýchlostnú hlavu rovnajúcu sa kinetickej energii kubického metra vzduchu pohybujúceho sa rýchlosťou auta vzhľadom na vzduch.

Koeficient K in má rozmer.

Medzi K in A C X existuje závislosť: Kin = 0,61 С X.

Príves na vozidle zvyšuje odporovú silu v priemere o 25 %.