วิธีหางานแนวต้าน ความต้านทานอากาศ กันน้ำ

เมื่อวัตถุใด ๆ เคลื่อนที่บนพื้นผิวหรือในอากาศ กองกำลังจะเกิดขึ้นที่ป้องกันมัน พวกเขาเรียกว่ากองกำลังต้านทานหรือแรงเสียดทาน ในบทความนี้ เราจะอธิบายวิธีค้นหาแรงต้านและพิจารณาปัจจัยที่ส่งผลกระทบ

ในการหาค่าแรงต้านทาน จำเป็นต้องใช้กฎข้อที่สามของนิวตัน ค่านี้เป็นตัวเลขเท่ากับแรงที่ต้องใช้เพื่อทำให้วัตถุเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวแนวนอนที่เรียบ สามารถทำได้ด้วยไดนาโมมิเตอร์ แรงต้านทานคำนวณโดยสูตร F=μ*m*g ตามสูตรนี้ ค่าที่ต้องการจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับน้ำหนักตัว ควรพิจารณาว่าสำหรับการคำนวณที่ถูกต้องจำเป็นต้องเลือกμ - ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ทำการสนับสนุน คำนึงถึงวัสดุของวัตถุด้วย ค่าสัมประสิทธิ์นี้ถูกเลือกตามตาราง สำหรับการคำนวณ ใช้ค่าคงที่ g ซึ่งเท่ากับ 9.8 m/s2 จะคำนวณความต้านทานได้อย่างไรถ้าร่างกายไม่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ไปตามระนาบเอียง? ในการทำเช่นนี้ คุณต้องป้อน cos ของมุมในสูตรดั้งเดิม จากมุมเอียงที่แรงเสียดทานและความต้านทานของพื้นผิวของร่างกายต่อการเคลื่อนไหวขึ้นอยู่กับ สูตรการหาแรงเสียดทานบนระนาบเอียงจะมีลักษณะดังนี้: F=μ*m*g*cos(α) หากร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความสูง แรงเสียดทานของอากาศจะกระทำต่อร่างกาย ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุ ค่าที่ต้องการสามารถคำนวณได้โดยสูตร F=v*α โดยที่ v คือความเร็วของวัตถุ และ α คือสัมประสิทธิ์การลากของตัวกลาง สูตรนี้เหมาะสำหรับร่างกายที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำเท่านั้น ในการกำหนดแรงลากของเครื่องบินเจ็ทและหน่วยความเร็วสูงอื่น ๆ จะใช้อีกอันหนึ่ง - F = v2 * β ในการคำนวณแรงเสียดทานของวัตถุความเร็วสูง จะใช้กำลังสองของความเร็วและสัมประสิทธิ์ β ซึ่งคำนวณสำหรับแต่ละวัตถุแยกกัน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในก๊าซหรือของเหลว เมื่อคำนวณแรงเสียดทาน จำเป็นต้องคำนึงถึงความหนาแน่นของตัวกลาง ตลอดจนมวลและปริมาตรของวัตถุด้วย การลากช่วยลดความเร็วของรถไฟและรถยนต์ได้อย่างมาก นอกจากนี้ แรงสองประเภทยังกระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ - ถาวรและชั่วคราว แรงเสียดทานทั้งหมดแสดงด้วยผลรวมของสองปริมาณ เพื่อลดความต้านทานและเพิ่มความเร็วของเครื่องจักร นักออกแบบและวิศวกรได้คิดค้นวัสดุต่างๆ ที่มีพื้นผิวเลื่อนเพื่อไล่อากาศ นั่นคือเหตุผลที่ด้านหน้าของรถไฟความเร็วสูงมีรูปร่างที่เพรียวบาง ปลาเคลื่อนตัวอย่างรวดเร็วในน้ำด้วยลำตัวที่เพรียวบางซึ่งปกคลุมไปด้วยเมือกซึ่งช่วยลดการเสียดสี แรงต้านไม่ได้ส่งผลเสียต่อการเคลื่อนที่ของรถเสมอไป ในการดึงรถออกจากโคลน จำเป็นต้องเททรายหรือกรวดใต้ล้อ ด้วยแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นทำให้รถสามารถรับมือกับดินแอ่งน้ำและโคลนได้ดี

ใช้แรงต้านของอากาศในระหว่างการดิ่งพสุธา ผลของแรงเสียดทานระหว่างโดมกับอากาศ ทำให้ความเร็วของนักกระโดดร่มลดลง ซึ่งช่วยให้กระโดดร่มได้โดยไม่ทำลายชีวิต

แรงต้านอากาศ

นักวิ่งระดับเฟิร์สคลาสที่แข่งขันกันเพื่อความเร็วไม่ได้พยายามที่จะนำหน้าคู่แข่งของเขาเลยในตอนเริ่มต้นการวิ่ง ตรงกันข้าม เขาพยายามที่จะอยู่ข้างหลังพวกเขา เมื่อใกล้ถึงเส้นชัยเท่านั้น เขาจึงแซงนักวิ่งคนอื่นๆ และมาถึงจุดสุดท้ายก่อน ทำไมเขาถึงเลือกกลอุบายเช่นนี้? ทำไมเขาจึงดีกว่าที่จะวิ่งตามคนอื่น?

เหตุผลก็คือเมื่อวิ่งเร็ว คุณต้องทำงานหนักมากเพื่อเอาชนะแรงต้านของอากาศ ปกติแล้วเราไม่ได้คิดถึงความจริงที่ว่าอากาศสามารถรบกวนการเคลื่อนไหวของเรา: เดินไปรอบ ๆ ห้องหรือเดินไปตามถนน เราไม่ได้สังเกตว่าอากาศจำกัดการเคลื่อนไหวของเรา แต่นั่นเป็นเพียงเพราะความเร็วในการเดินของเรานั้นช้า เมื่อเคลื่อนที่เร็วอากาศก็ทำให้เราเคลื่อนที่ไม่ได้อย่างเห็นได้ชัด ใครก็ตามที่ขี่จักรยานรู้ดีว่าอากาศขัดขวางการขี่เร็ว ไม่น่าแปลกใจเลยที่นักแข่งก้มลงไปที่พวงมาลัยของรถ เขาจึงลดขนาดของพื้นผิวที่อากาศกดทับ มีการคำนวณว่านักปั่นจักรยานใช้เวลาหนึ่งในเจ็ดของความพยายามต่อสู้กับอากาศด้วยความเร็ว 10 กม. ต่อชั่วโมง ด้วยความเร็ว 20 กม. ความพยายามส่วนที่สี่ของผู้ขับขี่ได้ใช้ไปกับการต่อสู้ทางอากาศแล้ว ที่ความเร็วสูงกว่านั้น เราต้องใช้เวลาหนึ่งในสามของการทำงานเพื่อเอาชนะแรงต้านของอากาศ ฯลฯ

ตอนนี้คุณจะเข้าใจพฤติกรรมลึกลับของนักวิ่งที่มีทักษะ ด้วยการวางตัวเองไว้ข้างหลังนักวิ่งคนอื่นๆ ที่มีประสบการณ์น้อย เขาจึงได้ปลดปล่อยตัวเองจากการเอาชนะแรงต้านของอากาศ เนื่องจากนักวิ่งที่อยู่ข้างหน้าทำงานนี้เพื่อเขา เขาเก็บความแข็งแกร่งไว้จนกว่าจะเข้าใกล้เป้าหมายจนสามารถแซงหน้าคู่แข่งได้

ประสบการณ์เล็กน้อยจะทำให้คุณเข้าใจสิ่งที่พูดได้ชัดเจน ตัดวงกลมขนาดเท่ากระดาษห้าโคเปกออก วางเหรียญและวงกลมแยกจากความสูงเดียวกัน คุณรู้อยู่แล้วว่าในสุญญากาศ ร่างกายทุกคนต้องล้มเร็วเท่ากัน ในกรณีของเรา กฎจะไม่ได้รับการพิสูจน์: วงกลมกระดาษจะตกลงบนพื้นช้ากว่าเหรียญมาก เหตุผลก็คือเหรียญสามารถต้านทานแรงต้านของอากาศได้ดีกว่ากระดาษ ทำการทดลองซ้ำด้วยวิธีที่ต่างออกไป: วางวงกลมกระดาษไว้บนเหรียญแล้ววางลง จะเห็นว่าทั้งวงกลมและเหรียญจะถึงพื้นพร้อมกัน ทำไม เพราะคราวนี้แก้วกระดาษไม่ต้องสู้กับอากาศ เหรียญที่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าก็ทำหน้าที่แทน ในทำนองเดียวกัน มันง่ายกว่าสำหรับนักวิ่งที่เคลื่อนที่ตามหลังอีกคนเพื่อวิ่ง: เขาเป็นอิสระจากการต่อสู้กับอากาศ

จากหนังสือฟิสิกส์การแพทย์ ผู้เขียน Podkolzina Vera Alexandrovna

41. ความต้านทานรวม ((อิมพีแดนซ์) ของเนื้อเยื่อของร่างกาย รากฐานทางกายภาพของ รีโอกราฟฟี เนื้อเยื่อของร่างกายไม่เพียงทำหน้าที่โดยตรง แต่ยังรวมถึงกระแสสลับด้วย ไม่มีระบบดังกล่าวในร่างกายที่จะคล้ายกับขดลวดเหนี่ยวนำ ดังนั้นจึงมีความเหนี่ยวนำใกล้เคียงกับ

จากหนังสือ The Latest Book of Facts. เล่ม 3 [ฟิสิกส์ เคมี และเทคโนโลยี. ประวัติศาสตร์และโบราณคดี. เบ็ดเตล็ด] ผู้เขียน Kondrashov Anatoly Pavlovich

จากหนังสือ Interplanetary Travel [เที่ยวบินสู่อวกาศโลกและไปถึงเทห์ฟากฟ้า] ผู้เขียน Perelman Yakov Isidorovich

จากหนังสือกลศาสตร์ตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงปัจจุบัน ผู้เขียน Grigoryan Ashot Tigranovich

แรงต้านของอากาศ และนั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่รอผู้โดยสารในช่วงเวลาสั้นๆ ที่พวกเขาใช้ในช่องทางปืนใหญ่ หากปาฏิหาริย์ที่พวกเขารอดมาได้ในขณะที่เกิดการระเบิด ความตายก็รอพวกเขาอยู่ที่ทางออกจากปืน พิจารณาแรงต้านของอากาศ! ที่

จากหนังสือของผู้เขียน

ทฤษฎีความยืดหยุ่นและความต้านทานของวัสดุ ความเชื่อมโยงระหว่างปัญหาประยุกต์กับลักษณะทั่วไปทางทฤษฎีในกลศาสตร์รัสเซียในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 - ต้นศตวรรษที่ 20 ยังได้รับการแสดงออกที่ชัดเจนในงานเกี่ยวกับทฤษฎีความยืดหยุ่นและความต้านทานของวัสดุ ภารกิจของทฤษฎี

วิธีการแก้.

ในการแก้ปัญหา ลองพิจารณาระบบทางกายภาพ "ร่างกาย - สนามโน้มถ่วงของโลก" ร่างกายจะถือเป็นจุดวัตถุและสนามโน้มถ่วงของโลก - เป็นเนื้อเดียวกัน ระบบกายภาพที่เลือกไม่ปิดเพราะ ระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกายโต้ตอบกับอากาศ
หากเราไม่คำนึงถึงแรงลอยตัวที่กระทำต่อร่างกายจากด้านข้างของอากาศ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลทั้งหมดของระบบจะเท่ากับการทำงานของแรงต้านอากาศ กล่าวคือ∆ E = ค .

เราเลือกระดับพลังงานศักย์เป็นศูนย์บนพื้นผิวโลก แรงภายนอกเพียงอย่างเดียวที่เกี่ยวข้องกับระบบ "ร่างกาย - โลก" คือแรงต้านอากาศซึ่งพุ่งขึ้นไปในแนวตั้ง พลังงานเริ่มต้นของระบบ E 1 สุดท้าย E 2

การทำงานของแรงลากก.

เพราะ มุมระหว่างแรงต้านทานและการกระจัดคือ 180° ดังนั้นโคไซน์คือ -1 ดังนั้น A = - F c ชั่วโมง . เท่ากับ A

ระบบทางกายภาพที่ไม่ปิดที่พิจารณาแล้วยังสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีบทเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ของระบบของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันตามที่การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ของระบบเท่ากับงานที่ทำโดย แรงภายนอกและภายในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นเป็นสถานะสุดท้าย หากเราไม่คำนึงถึงแรงลอยตัวที่กระทำต่อร่างกายจากอากาศและแรงภายใน - แรงโน้มถ่วง เพราะเหตุนี้∆ E k \u003d A 1 + A 2 โดยที่ A 1 \u003d mgh - การทำงานของแรงโน้มถ่วง A 2 = F c hcos 180° = - F c h เป็นงานของแรงต้าน∆ E \u003d E 2 - E 1

แรงต้านเรียกว่าแรงที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของรถ กองกำลังเหล่านี้มุ่งต่อต้านการเคลื่อนไหวของมัน

เมื่อขับรถขึ้นเนิน มีลักษณะความสูง H p ความยาวของเส้นโครง ที่ พี บนระนาบแนวนอนและความชันของถนน α แรงต้านต่อไปนี้จะกระทำต่อรถ (รูปที่ 3.12): แรงต้านทานการหมุน R ถึง , เท่ากับผลรวมของแรงต้านการหมุนของล้อหน้า (P K|) และล้อหลัง (P K2) แรงต้านการยก R พี , แรงต้านอากาศ D และแรงต้านการเร่งความเร็ว R และ . แรงต้านทานการหมุนและการปีนเขานั้นสัมพันธ์กับลักษณะของถนน ผลรวมของแรงเหล่านี้เรียกว่าแรงต้านทานของถนน R ดี .

ข้าว. 3.13. การสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานภายในยาง:

ก -จุดที่สอดคล้องกับน้ำหนักบรรทุกสูงสุดและการโก่งตัวของยาง

แรงต้านทานการหมุน

การเกิดแรงต้านการหมุนระหว่างการเคลื่อนที่เกิดจากการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการเสียดสีภายในยาง, การเสียดสีพื้นผิวของยางบนถนน และร่อง (บนถนนที่เปลี่ยนรูป) การสูญเสียพลังงานเนื่องจากแรงเสียดทานภายในยางสามารถตัดสินได้จากรูป . 3.13 ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักแนวตั้งบนล้อกับการเสียรูปของยาง - การโก่งตัว ฉ sh .

เมื่อล้อเคลื่อนที่บนพื้นผิวที่ไม่เรียบ ยางที่รับน้ำหนักบรรทุกแปรผันจะเสียรูป เส้น α โอ้ซึ่งสอดคล้องกับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นทำให้ยางเสียรูปไม่ตรงกับแนวเส้น เจเอสซี,รับผิดชอบในการขนถ่าย พื้นที่ของภูมิภาคที่ล้อมรอบระหว่างเส้นโค้งเหล่านี้แสดงถึงการสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานภายในระหว่างแต่ละส่วนของยาง (ดอกยาง ซาก ชั้นสายไฟ ฯลฯ)

การสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานในยางเรียกว่าฮิสเทรีซิสและเส้น OαO -วงฮิสเทรีซิส

การสูญเสียความเสียดทานในยางไม่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากในระหว่างการเปลี่ยนรูป ยางจะร้อนขึ้นและปล่อยความร้อนออกจากยางซึ่งกระจายสู่สิ่งแวดล้อม พลังงานที่ใช้ไปกับการเสียรูปของยางจะไม่ถูกส่งคืนอย่างเต็มที่เมื่อยางถูกเปลี่ยนรูปร่างในภายหลัง

แรงต้านทานการหมุน R ถึง ถึงค่าสูงสุดเมื่อขับรถบนถนนแนวนอน ในกรณีนี้

ที่ไหน จี - น้ำหนักรถ N; f คือสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุน

เมื่อขับขึ้นเนินและลงเนิน แรงต้านการหมุนจะลดลงเมื่อเทียบกับ R ถึง บนถนนในแนวราบและยิ่งมีความสำคัญมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมีความชันมากขึ้นเท่านั้น สำหรับกรณีของการเคลื่อนไหวนี้ แรงต้านทานการหมุน

โดยที่ α คือมุมเงย, °

เมื่อทราบแรงต้านทานการหมุนคุณสามารถกำหนดกำลัง, kW,

ใช้ในการเอาชนะการต่อต้านนี้:

โดยที่ v คือความเร็วของรถ m / s 2

สำหรับถนนแนวนอน cos0°=1 และ

Z
การพึ่งพาแรงต้านทานการหมุน R ถึง และกำลัง NK กับความเร็วของรถ วี แสดงในรูป 3.14

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุน

ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการสูญเสียพลังงานเมื่อขับรถ ขึ้นอยู่กับการออกแบบและการใช้งานหลายอย่าง

รูปที่ 3.15. ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนบน

ความเร็วในการขับขี่ (a) แรงดันลมยาง (b) และแรงบิดที่ส่งผ่านล้อ (c)

ปัจจัยและถูกกำหนดโดยการทดลอง ค่าเฉลี่ยของถนนสายต่างๆ ที่แรงดันลมยางปกติคือ 0.01 ... 0.1 ลองพิจารณาอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ที่มีต่อค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนตัว

ความเร็วในการเดินทาง. เมื่อความเร็วเปลี่ยนแปลงในช่วง 0...50 กม./ชม. ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนจะเปลี่ยนไปเล็กน้อยและถือว่าคงที่ในช่วงความเร็วที่ระบุ

ด้วยการเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่นอกช่วงเวลาที่กำหนดสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (รูปที่ 3.15 ก)เนื่องจากการสูญเสียพลังงานที่เพิ่มขึ้นในยางอันเนื่องมาจากแรงเสียดทาน

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่สามารถคำนวณได้โดยสูตร

ที่ไหน - ความเร็วรถ กม./ชม.

ประเภทและสภาพของผิวถนนบนถนนลาดยาง แรงต้านการหมุนส่วนใหญ่เกิดจากการเสียรูปของยาง

เมื่อจำนวนการกระแทกของถนนเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนตัวจะเพิ่มขึ้น

บนถนนที่เปลี่ยนรูปได้ ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนจะกำหนดโดยการเปลี่ยนรูปของยางและถนน ในกรณีนี้ ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับชนิดของยางเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับความลึกของร่องที่เกิดขึ้นและสภาพของดินด้วย

ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนตัวที่ระดับแรงดันลมและน้ำหนักยางที่แนะนำและความเร็วเฉลี่ยบนถนนต่างๆ แสดงไว้ด้านล่าง:

ทางหลวงคอนกรีตแอสฟัลต์และซีเมนต์:

สภาพดี .................................. 0.007...0.015

อยู่ในสภาพน่าพอใจ ............. 0.015 ... 0.02

ถนนลูกรังสภาพดี.... 0.02...0.025

ถนนหินกรวดสภาพดี...... 0.025...0.03

ถนนลูกรัง แห้ง กลิ้ง .............. 0.025...0.03

ทราย................................................. ................... 0.1...0.3

ถนนน้ำแข็ง น้ำแข็ง................................ 0.015...0.03

ถนนลาดยาง .................. 0.03...0.05

ประเภทยาง.ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับรูปแบบดอกยาง การสึกหรอของดอกยาง การออกแบบโครง และคุณภาพของวัสดุยาง การเสื่อมสภาพของดอกยาง จำนวนชั้นของเชือกที่ลดลง และการปรับปรุงคุณภาพของวัสดุทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนตัวลดลงอันเนื่องมาจากการสูญเสียพลังงานในยางลดลง

แรงดันลมยาง. บนถนนลาดยางเมื่อแรงดันอากาศในยางลดลงค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนตัวจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 3.15 ข)บนถนนที่เปลี่ยนรูปได้ เมื่อความดันอากาศในยางลดลง ความลึกของร่องดอกยางจะลดลง แต่การสูญเสียแรงเสียดทานภายในยางจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นสำหรับถนนแต่ละประเภท ขอแนะนำให้ใช้แรงดันอากาศในยาง โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนจะมีค่าต่ำสุด

. ด้วยการเพิ่มภาระแนวตั้งบนล้อ ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนเพิ่มขึ้นอย่างมากบนถนนที่เปลี่ยนรูปได้และบนถนนลาดยางเล็กน้อย

ช่วงเวลาที่ส่งผ่านล้อ. เมื่อแรงบิดถูกส่งผ่านล้อ ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนจะเพิ่มขึ้น (รูปที่ 3.15 ใน)อันเนื่องมาจากความสูญเสียของการลื่นไถลของยาง ณ จุดที่สัมผัสกับพื้นถนน สำหรับล้อขับเคลื่อน ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนจะสูงกว่าล้อขับเคลื่อน 10...15%

ค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานการหมุนมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงของรถยนต์ จากการศึกษาพบว่าแม้อัตราส่วนที่ลดลงเพียงเล็กน้อยก็ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างเป็นรูปธรรม ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ความปรารถนาของนักออกแบบและนักวิจัยในการสร้างยางดังกล่าวโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานการหมุนจะไม่มีนัยสำคัญ แต่นี่เป็นปัญหาที่ยากมาก

วิธีการแก้.

การทำงานของแรงลากก.

บ้าน » ไฟภายนอกรถ » วิธีหางานแนวต้าน ความต้านทานอากาศ กันน้ำ