Quelle est la résistance de l'air ? Comment trouver la force de résistance

Instructions

Trouvez la force de résistance au mouvement qui agit sur un corps se déplaçant uniformément en ligne droite. Pour ce faire, utilisez un dynamomètre ou une autre méthode pour mesurer la force qui doit être appliquée au corps pour qu'il se déplace uniformément et en ligne droite. Selon la troisième loi de Newton, elle sera numériquement égale à la force de résistance du mouvement du corps.

Déterminer la force de résistance au mouvement d'un corps qui se déplace le long d'une surface horizontale. Dans ce cas, la force de frottement est directement proportionnelle à la force de réaction du support, qui, à son tour, est égale à la force de gravité agissant sur le corps. Par conséquent, la force de résistance au mouvement dans ce cas ou la force de frottement Ftr est égale au produit de la masse corporelle m, qui est mesurée par une balance en kilogrammes, et de l'accélération. chute libre g≈9,8 m/s² et coefficient de proportionnalité μ, Ftr=μ∙m∙g. Le nombre μ est appelé coefficient de frottement et dépend des surfaces qui entrent en contact lors du mouvement. Par exemple, pour le frottement entre l'acier et le bois, ce coefficient est de 0,5.

Calculer la force de résistance au mouvement d’un corps en mouvement. En plus du coefficient de frottement μ, de la masse corporelle m et de l'accélération gravitationnelle g, cela dépend de l'angle d'inclinaison de l'avion par rapport à l'horizon α. Pour trouver la force de résistance au mouvement dans ce cas, vous devez trouver le produit du coefficient de frottement, de la masse corporelle, de l'accélération de la gravité et du cosinus de l'angle auquel l'avion est par rapport à l'horizon Ftr = μ∙m∙g ∙cos(α).

Lorsqu'un corps se déplace dans l'air à faible vitesse, la force de résistance Fс est directement proportionnelle à la vitesse du corps v, Fc=α∙v. Le coefficient α dépend des propriétés du corps et de la viscosité du milieu et est calculé séparément. Lors d'un déplacement à grande vitesse, par exemple lorsqu'un corps tombe d'une hauteur significative ou qu'une voiture bouge, la force de résistance est directement proportionnelle au carré de la vitesse Fc=β∙v². Le coefficient β est en outre calculé pour vitesses élevées.

Sources:

1 Formule générale pour la force de résistance de l'air Dans la figure

Pour déterminer force résistance air créer des conditions dans lesquelles le corps commence à se déplacer uniformément et linéairement sous l'influence de la gravité. Calculez la valeur de la gravité, elle sera égale à la force de résistance de l'air. Si un corps se déplace dans l'air en prenant de la vitesse, sa force de résistance est déterminée à l'aide des lois de Newton, et la force de résistance de l'air peut également être déterminée à partir de la loi de conservation de l'énergie mécanique et de formules aérodynamiques spéciales.

Tu auras besoin de

télémètre, balance, compteur de vitesse ou radar, règle, chronomètre.

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Avant la mesure résistance Pour une résistance usagée, veillez à la dessouder de l'ancienne carte ou bloc. Sinon, il pourrait être contourné par d’autres parties du circuit et vous obtiendrez des lectures incorrectes. résistance.

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Trouver résistance électrique conducteur, utilisez les formules appropriées. La résistance d'une section de circuit est déterminée selon la loi d'Ohm. Si le matériau et les dimensions géométriques du conducteur sont connus, sa résistance peut être calculée à l'aide d'une formule spéciale.

Tu auras besoin de

- testeur ;
- étrier;
- règle.

Instructions

Rappelez-vous ce que signifie le concept de résistance. Dans ce cas, une résistance doit être comprise comme tout conducteur ou élément d'un circuit électrique doté d'une résistance résistive active. Il est maintenant important de se demander comment un changement de valeur de résistance affecte la valeur actuelle et de quoi cela dépend. L’essence du phénomène de résistance est que les résistances forment une sorte de barrière au passage des charges électriques. Plus la résistance d'une substance est élevée, plus les atomes sont situés de manière dense dans le réseau de la substance résistive. Ce modèle explique la loi d’Ohm pour une section de chaîne. Comme vous le savez, la loi d'Ohm pour une section d'un circuit est la suivante : l'intensité du courant dans une section d'un circuit est directement proportionnelle à la tension dans la section et inversement proportionnelle à la résistance de la section du circuit elle-même.

Dessinez sur une feuille de papier un graphique de la dépendance du courant à la tension aux bornes de la résistance, ainsi qu'à sa résistance, basé sur la loi d'Ohm. Vous obtiendrez un graphique d’hyperbole dans le premier cas et un graphique d’une droite dans le second cas. Ainsi, plus la tension aux bornes de la résistance est élevée et plus la résistance est faible, plus l’intensité du courant est élevée. De plus, la dépendance à la résistance est ici plus prononcée, car elle a l’apparence d’une hyperbole.

Notez que la résistance de la résistance change également à mesure que sa température change. Si vous chauffez un élément résistif et observez le changement de l'intensité du courant, vous remarquerez comment le courant diminue à mesure que la température augmente. Cette tendance s'explique par le fait qu'à mesure que la température augmente, les vibrations des atomes aux nœuds augmentent. réseau cristallin résistance, réduisant ainsi l’espace libre pour le passage des particules chargées. Une autre raison qui réduit l'intensité du courant dans ce cas est le fait qu'à mesure que la température de la substance augmente, le mouvement chaotique des particules, y compris celles chargées, augmente. Ainsi, le mouvement des particules libres dans la résistance devient plus chaotique que dirigé, ce qui affecte la diminution de l'intensité du courant.

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Lorsqu’un objet se déplace sur une surface ou dans l’air, des forces apparaissent qui l’empêchent. On les appelle forces de résistance ou forces de frottement. Dans cet article, nous vous expliquerons comment déterminer la force de traînée et examinerons les facteurs qui l'influencent.

Pour déterminer la force de résistance, il faut utiliser la troisième loi de Newton. Cette valeur est numériquement égale à la force qui doit être appliquée pour faire bouger un objet uniformément sur une surface horizontale plane. Cela peut être fait à l'aide d'un dynamomètre. La force de résistance est calculée par la formule F=μ*m*g. Selon cette formule, la valeur souhaitée est directement proportionnelle à la masse corporelle. Il convient de noter que pour un calcul correct, il est nécessaire de sélectionner μ - un coefficient qui dépend du matériau à partir duquel le support est fabriqué. La matière de l'article est également prise en compte. Ce coefficient est choisi selon le tableau. Pour le calcul, on utilise la constante g, qui est égale à 9,8 m/s2. Comment calculer la résistance si le corps ne se déplace pas en ligne droite, mais le long d'un plan incliné ? Pour ce faire, vous devez saisir le cosinus de l'angle dans la formule initiale. C'est l'angle d'inclinaison qui détermine le frottement et la résistance de la surface des corps au mouvement. La formule pour déterminer le frottement sur un plan incliné ressemblera à ceci : F=μ*m*g*cos(α). Si un corps se déplace en hauteur, la force de friction de l'air agit sur lui, qui dépend de la vitesse de l'objet. La valeur requise peut être calculée à l'aide de la formule F=v*α. Où v est la vitesse de déplacement de l'objet, et α est le coefficient de traînée du milieu. Cette formule ne convient qu'aux corps se déplaçant à faible vitesse. Pour déterminer la force de traînée des avions à réaction et autres unités à grande vitesse, une autre est utilisée - F=v2*β. Pour calculer la force de frottement des corps à grande vitesse, utilisez le carré de la vitesse et le coefficient β, calculé séparément pour chaque objet. Lorsqu'un objet se déplace dans un gaz ou un liquide, lors du calcul de la force de frottement, il est nécessaire de prendre en compte la densité du milieu, ainsi que la masse et le volume du corps. La résistance au trafic réduit considérablement la vitesse des trains et des voitures. De plus, deux types de forces agissent sur les objets en mouvement : permanentes et temporaires. La force de frottement totale est représentée par la somme de deux grandeurs. Pour réduire la traînée et augmenter la vitesse de la machine, les concepteurs et les ingénieurs inventent une variété de matériaux dotés d'une surface coulissante à partir de laquelle l'air est repoussé. C'est pourquoi le devant Trains à grande vitesse a une forme épurée. Les poissons se déplacent très rapidement dans l'eau grâce à un corps profilé recouvert de mucus, ce qui réduit les frottements. La force de résistance n’a pas toujours un effet négatif sur la circulation des voitures. Pour sortir une voiture de la boue, vous devez verser du sable ou de la pierre concassée sous les roues. Grâce à l'augmentation du frottement, la voiture supporte bien les sols marécageux et la boue.

La résistance aéroportée est utilisée lors du parachutisme. Du fait du frottement entre la voilure et l'air, la vitesse du parachutiste est réduite, ce qui lui permet de sauter en parachute sans mettre sa vie en danger.

1. Le mouvement du véhicule est associé au mouvement des particules d'air, qui consomment une partie de la puissance du moteur. Ces coûts comprennent les éléments suivants :

2. Résistance frontale, qui apparaît en raison de la différence de pression devant et derrière une voiture en mouvement (résistance de l'air de 55 à 60 %).

3. Résistance créée par les pièces saillantes - rétroviseur, etc. (12-18%).

4. Résistance qui se produit lorsque l'air traverse le radiateur et le compartiment moteur.

5. Résistance due au frottement des surfaces voisines contre les couches d'air (jusqu'à 10 %).

6. Résistance causée par la différence de pression entre le haut et le bas de la voiture (5-8 %).

Pour simplifier les calculs de résistance de l'air, on remplace la résistance répartie sur toute la surface de la voiture par la force de résistance de l'air appliquée en un point, appelée centre de voile voiture.

L'expérience a établi que la force de résistance de l'air dépend des facteurs suivants :

Sur la vitesse du véhicule, et cette dépendance est de nature quadratique ;

Depuis la zone frontale de la voiture F;

Du coefficient de rationalisation Proche, qui est numériquement égale à la force de résistance de l'air créée par un mètre carré zone frontale du véhicule lorsqu'il se déplace à une vitesse de 1 m/s.

Alors la force de résistance de l’air est .

Lors de la détermination F utilisez des formules empiriques pour déterminer la zone de résistance approximative. Pour camions F généralement: F=H×B(produit de la hauteur et de la largeur), similaire pour les bus. Accepté pour les voitures particulières F=0,8H×B. Il existe d'autres formules qui prennent en compte la trajectoire du véhicule, la probabilité de changement de hauteur du véhicule, etc. K en ×F appelé facteur de rationalisation et désigne W.

Pour déterminer le coefficient de rationalisation, des dispositifs spéciaux ou la méthode du cabotage sont utilisés, qui consistent à déterminer le changement de trajectoire d'un véhicule en roulage libre lorsqu'il se déplace avec différents vitesse initiale. Quand la voiture entre flux d'air force de résistance de l'air R dans il est possible de se décomposer en composants le long des axes du véhicule. Dans ce cas, les formules de détermination des projections de forces ne diffèrent que par les coefficients prenant en compte la répartition des forces le long des axes. Le coefficient de rationalisation peut être déterminé à partir de l'expression :

où C X est un coefficient déterminé expérimentalement et prenant en compte la répartition de la force de résistance de l'air le long de l'axe « x ». Ce coefficient est obtenu en soufflant en soufflerie, ;

r - densité de l'air, selon GOST r = 1,225 kg/m 3 à zéro.

On a .

Le produit représente la pression de vitesse égale à énergie cinétique mètre cube d'air se déplaçant à la vitesse de la voiture par rapport à l'air.

Coefficient Proche a une dimension.

Entre Proche Et C X il y a une dépendance : K po =0,61С X.

Une remorque sur un véhicule augmente la force de traînée de 25 % en moyenne.

Nous sommes tellement habitués à être entourés d’air que nous n’y prêtons souvent pas attention. Nous parlons ici avant tout de problèmes techniques appliqués, dans la solution desquels on oublie d'abord qu'il existe une force de résistance de l'air.

Elle se rappelle elle-même dans presque toutes les actions. Même si nous conduisons une voiture, même si nous volons en avion, même si nous jetons simplement des pierres. Essayons donc de comprendre quelle est la force de résistance de l’air en utilisant des cas simples comme exemples.

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les voitures ont une forme si épurée et une surface si lisse ? Mais tout est en réalité très clair. La force de résistance de l'air se compose de deux grandeurs : la résistance de frottement de la surface du corps et la résistance de la forme du corps. Afin de réduire et d'obtenir une réduction des irrégularités et des rugosités sur les pièces externes dans la fabrication des automobiles et de tout autre Véhicule.

Pour ce faire, ils sont apprêtés, peints, polis et vernis. Un tel traitement des pièces conduit au fait que la résistance de l'air agissant sur la voiture diminue, la vitesse de la voiture augmente et la consommation de carburant lors de la conduite diminue. La présence d'une force de résistance s'explique par le fait que lorsqu'une voiture se déplace, l'air est comprimé et une zone de haute pression locale se crée devant elle, et derrière elle, par conséquent, une zone de raréfaction.

Il convient de noter que lorsque des vitesses plus élevées mouvement de la voiture, la principale contribution à la résistance est apportée par la forme de la voiture. La force de résistance, dont la formule de calcul est donnée ci-dessous, détermine les facteurs dont elle dépend.

Force de résistance = Cx*S*V2*r/2

où S est la zone de projection frontale de la machine ;

Prise en compte du coefficient Cx ;

Comme il est facile de le voir ci-dessus, la résistance ne dépend pas de la masse de la voiture. La principale contribution vient de deux composantes : le carré de la vitesse et la forme de la voiture. Ceux. Lorsque la vitesse est doublée, la résistance quadruple. Eh bien, la section transversale de la voiture a une influence significative. Plus la voiture est profilée, moins la résistance de l'air est importante.

Et dans la formule, il y a un autre paramètre qui nécessite simplement d'y prêter une attention particulière : la densité de l'air. Mais son influence est déjà plus sensible lors des vols en avion. Comme vous le savez, la densité de l’air diminue avec l’augmentation de l’altitude. Cela signifie que la force de sa résistance diminuera en conséquence. Cependant, pour un avion, les mêmes facteurs continueront d’influencer le degré de résistance apporté : la vitesse et la forme.

Non moins intéressante est l’histoire de l’étude de l’influence de l’air sur la précision du tir. Des travaux de cette nature ont été réalisés il y a longtemps ; leurs premières descriptions remontent à 1742. Des expériences ont été menées dans différents pays, Avec diverses formes balles et obus. À la suite de la recherche, la forme optimale de la balle et le rapport entre ses parties tête et queue ont été déterminés, et des tableaux balistiques du comportement de la balle en vol ont été élaborés.

Par la suite, des études ont été menées sur la dépendance du vol d'une balle sur sa vitesse, la forme de la balle a continué à être élaborée et un outil mathématique spécial a été développé et créé - le coefficient balistique. Il montre l'équilibre des pouvoirs traînée aérodynamique et agir sur la balle.

L'article examine quelle est la force de résistance de l'air, donne une formule qui permet de déterminer l'ampleur et le degré d'influence de divers facteurs sur la quantité de résistance et examine son impact dans différents domaines technologiques.