Сила сопротивления воды: Недопустимое название — SportWiki энциклопедия

что это такое в физике, как найти трение в механике и динамике


Содержание:


  • Что такое сила сопротивления в физике


    • От чего зависит в механике и динамике


  • Разновидности сил сопротивления


    • Сила сопротивления качению


    • Сила сопротивления воздуха


    • Как найти трение


  • Силы сопротивления при больших скоростях


Содержание


  • Что такое сила сопротивления в физике


    • От чего зависит в механике и динамике


  • Разновидности сил сопротивления


    • Сила сопротивления качению


    • Сила сопротивления воздуха


    • Как найти трение


  • Силы сопротивления при больших скоростях



Что такое сила сопротивления в физике

Сила сопротивления — сила, которая возникает во время движения тела в жидкой или газообразной среде и препятствует этому движению.

Важно уметь отличать силу сопротивления от силы трения. Во втором случае рассматривается характер взаимодействия твердых тел друг с другом. Таким образом, трение можно наблюдать, когда какой-либо предмет перемещается по поверхности другого. Вектор этой силы будет направлен в противоположную сторону направления движения.

Для того чтобы рассчитать силу сопротивления необходимо умножить коэффициент сопротивления материала на силу, провоцирующую перемещение этого предмета.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Примечание

В качестве примера силы сопротивления можно рассмотреть движение поезда. Воздух, окружающий состав, замедляет скорость его перемещения, то есть возникает сила сопротивления.

От чего зависит в механике и динамике

Сила сопротивления зависит от нескольких факторов. На ее величину оказывают влияния следующие характеристики:

  1. Особенности среды и показатели ее плотности, к примеру, жидкость обладает большей плотностью, чем газообразное вещество.

  2. Форма тела, так как предметы, обладающие обтекаемыми вытянутыми вдоль направления движения формами подвержены меньшему сопротивлению, чем тела с множеством плоскостей, расположенных перпендикулярно движению.

  3. Скорость перемещения тела.

Силу сопротивления можно наблюдать опытным путем. К примеру, если предмет переместился на величину пути l , когда на него воздействует сила сопротивления, обозначение которой представлено, как \($$F_{r}$$\), затрачивается работа, которую можно рассчитать по формуле:

\($$A=F_{r}\times l$$\)

В случае, когда площадь поперечного сечения движущегося предмета равна S, он будет сталкиваться с частицами, объем которых составляет Sl. Полную массу этих частиц можно представить, как \($$\rho_{ a}\times Sl$$\). {2}}{2}$$\)

Разновидности сил сопротивления

Существует несколько типов силы сопротивления, отличающихся по характеру воздействия на движущиеся предметы.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качению обозначается, как Pf. В данном случае сила определяется несколькими факторами:

  • разновидность и состояние опоры, по которой перемещается объект;

  • скорость движения тела;

  • давление воздуха и другие параметры окружающей среды.

Состояние и тип опорной поверхности определяет величину коэффициента сопротивления качению, который обозначается f. Если в среде повышается температура, и возрастает давление, то данный показатель будет уменьшаться.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха или величина лобового столкновения Pв образуется в результате различных показателей давления. Данная характеристика напрямую зависит от интенсивности вихреобразования спереди и сзади движущегося предмета. Указанные параметры определяются формой перемещающегося тела.

Примечание

Большее влияние на силу сопротивления будет оказывать вихреобразование в передней части объекта. Если плоскостенную фигуру закруглить спереди и сзади, то получится снизить сопротивление до 72%.

Рассчитать силу лобового сопротивления можно по формуле:

\($$P=cx\times p\times F_{b}$$\)

сх — обтекаемость или коэффициент лобового сопротивления; p — плотность воздуха; Fв — площадь лобового сопротивления (миделевого сечения).

Во время поступательного движения масса объекта встречает сопротивление разгону, то есть ускорению. Найти данную силу можно с помощью второго закона Ньютона.

\($$Pj=m\times dVdt$$\)

где m выражает массу движущегося объекта, а \(dVdt\) обозначает ускорение центра масс.

Как найти трение

Определить силу сопротивления можно, если применить третий закон Ньютона. Для того чтобы предмет равномерно перемещался по опоре в горизонтальном направлении, к нему необходимо приложить силу, соизмеримой с силой сопротивления. Корректно рассчитать данные величины можно с помощью динамометра. Сила сопротивления будет прямо пропорциональна массе объекта. Более точные расчеты производятся с учетом u коэффициента, который зависит от следующих факторов:

  • материал, из которого изготовлено опорное основание;

  • материал, из которого состоит перемещаемое тело.

Рассчитывая силу сопротивления, используют постоянную величину g, равную 9,8 метров на сантиметр в квадрате. При этом если движение тела происходит на определенной высоте, на него оказывает воздействие сила трения воздуха. Данная величина зависит от скорости, с которой движется предмет. Искомая величина определяется с помощью следующей формулы только при условии, что предмет перемещается на небольшой скорости:

\($$F=V\times a$$\)

где V является скоростью перемещения тела, a — коэффициентом сопротивления среды.

Силы сопротивления при больших скоростях

Сила сопротивления, оказывающая воздействие на движущиеся предметы с малой скоростью, зависит от нескольких внешних факторов. К таким условиям относятся:

  • вязкость жидкости;

  • скорость перемещения тела;

  • линейные размеры движущегося предмета.

В условиях больших скоростей характер действия силы сопротивления несколько изменяется. Законы вязкого трения в этом случае не применяются для воздуха и воды. Если скорость предмета составляет 1 сантиметр в секунду, то данные факторы учитываются лишь тогда, когда тела обладают крошечными размерами, измеряемыми в миллиметрах.

Примечание

Если пловец ныряет в воду, то на него будет действовать сила сопротивления. Однако в данном случае закон вязкого трения не будет действовать.

Объект, двигаясь с малой скоростью в водной среде, плавно обтекается жидкостью. Сила сопротивления в данном случае будет рассчитываться, как сила вязкого трения. {2}$$\)

где V обозначает показатели скорости движения, L — соответствует линейным размерам тела, p — равна плотности среды.


Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 1.50 (Голосов: 10)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Часть 1. Сопротивление воды движению судна

Сила сопротивления включает в себя
сопротивление воды и воздуха.
Сопротивле-нием воздуха из-за его
небольшой по сравнению с сопротивлением
воды значением в практических расчетах
можно пренебречь. Но в случае, когда
судно движется с большой скоростью
хода, а особенно, если судно имеет
развитые надстройки, воздушное
сопротив-ление необходимо учитывать,
так как оно может составить 5-7 % всей
силы сопротивле-ния.

Величина силы сопротивления воды
движению судна зависит от его размеров
и формы корпуса судна, скорости хода
судна, глубины фарватера и др. судить о
силе сопро-тивления воды движению судна
можно по графикам зависимости сопротивления
от ско-рости хода. Как видно из рисунка
65, с увеличением глубины фарватера сила
сопротивления воды движению судна для
одной и той же скорости уменьшается. И
еще, характер зависимости между
сопротивлением воды и скоростью таков,
что при определенных скоростях небольшое
увеличение скорости хода судна требует
значительного увеличения затрат на
преодоление сопротивления воды движению
судна, а это экономически не выгодно.
Это обстоятельство и не позволяет судам
двигаться с большой скоростью.

Сопротивлением воды движению судна
называют равнодействующую гидродина-мических
давлений и касательных напряжений
трения на направление движения.

Что же такое – сопротивление воды? А
это энергия, которую затрачивает
движу-щееся в воде тело на приведение
в движение масс воды. Сила сопротивления
воды состо-ит из сопротивления давления
и сопротивления трения. В свою очередь
сопротивление давления можно разделить
на две составляющие: сопротивление
формы и волновое со-противление.

Полное сопротивление воды движению
судна определяется, как сумма нескольких
составляющих

R = Rтр + Rф + Rв , (172)

где Rтр, Rф и Rв – сопротивление трения,
формы и волновое соответственно.

Все три составляющие взаимно влияют
друг на друга, но при вычислении эти
влиянием пренебрегают. И определяют
каждую составляющую отдельно.

Сопротивление трения Rтр определяется
вязкостными свойствами воды. Частицы
воды, находящиеся непосредственно у
корпуса судна, движутся вместе с ним,
приводя при этом в движение соседние
слои воды, которые движутся уже медленнее,
а те, в свою очередь – следующие, и так
далее. На некотором расстоянии от корпуса
частицы воды ос-таются в покое.

Сопротивление трения зависит от скорости
судна, величины его смоченной по-верхности,
от состояния этой поверхности – от
шероховатости. Его можно определить о
формуле

(173)

где kтр – коэффициент трения;

ρ – массовая плотность воды в ;

Ω – площадь смоченной поверхности
судна в м²;

v – скорость судна в м/сек.

Массовая плотность пресной воды равна
102 кг сек² м , плотность соленой
во-ды – 104 кг сек² м .

Есть множество формул, позволяющих
приближенно определить площадь смо-ченной
поверхности судна. В их основе лежит
возможность рассчитать площадь смочен-ной
поверхности судна при помощи главных
размерений судна и коэффициентов
полно-ты. Например, для большинства
транспортных судов может быть использована
формула Мумфорда

Ω = L ( δ B + 1.7 T ) (174)

где L, B, T – главные размерения судна в
м;

δ – коэффициент общей полноты
водоизмещения судна.

Коэффициент трения kтр может быть
определен, как коэффициент трения
гладкой пластины, имеющей площадь
смоченной поверхности, равную площади
смоченной по-верхности судна kт.п. (ее
можно определить расчетом или по
таблице), и надбавки на ше-роховатость
kш , учитывающей состояние поверхности
корпуса,

kтр = kт.п. + kш (175)

Так как все величины, входящие в формулу
(173) можно определить, то и сопро-тивление
трения можно рассчитать для любого
судна. Что касается сопротивления
давле-ния, то его рассчитать по формулам
не представляется возможным, так как
его величина зависит от формы корпуса
судна. Прежде чем обратиться к методу
расчета сопротивления давления,
рассмотрим, что представляют собой его
составляющие.

Сопротивление формы Rф возникает
вследствие влияния вязкости жидкости
на распределение давлений по поверхности
судна. По мере приближения от носа судна
к корме давление воды уменьшается, а
скорость движения частиц увеличивается,
что при-водит к образованию завихрений.
Завихрения образуются также при обтекании
выступов на шероховатой поверхности.
На образование этих завихрений расходуется
часть энергии. Величина этого сопротивления
зависит от скорости хода судна и от
формы его корпуса.

Волновым сопротивлением Rв называется
составляющая, учитывающая энергию,
которую расходует судно на образование
так называемой носовой волны. При
движении судна давление воды в оконечностях
судна больше, чем в середине, поэтому в
носу и в корме уровень воды повышается,
а в середине – понижается, что приводит
к образованию волн.

Волновое сопротивление зависит от
скорости хода судна, формы его корпуса
и глубины и ширины фарватера. Характеристикой
волнового сопротивления является число
Фруда – безразмерный коэффициент,
определяемый отношением скорости к
длине судна:

(176)

Так как и сопротивление формы, и
сопротивление волновое появляется в
результа-те неравномерного распределения
давления по корпусу судна, то их сумму
и называют — сопротивление давления или
остаточным сопротивлением.

Rост = Rф + Rв , (177)

Остаточное сопротивление рассчитать
довольно трудно, так как оно зависит от
формы корпуса судна, скорости хода.
Поэтому его определяют по результатам
так назы-ваемых модельных испытаний.

Подробная информация! – Lambda Geeks

Написано АКШИТОЙ МАПАРИ по физике

Сопротивление воздуха и воды – это силы сопротивления, действующие на движущийся объект. Обсудим в этой статье как силы сопротивления, так и их подобие.

Ниже приведена таблица различий между сопротивлением воздуху и водостойкостью:-

Сопротивление воздуху Водонепроницаемость
Сопротивление воздуха — это сила сопротивления воздуха. Водонепроницаемость — это сила, создаваемая водой.
Сопротивление воздуха создается в направлении, противоположном движению объекта под действием силы тяжести. Водонепроницаемость создается в направлении, противоположном направлению потока воды.
Сопротивление воздуха ощущается на объекте, движущемся в воздушном столбе. Сопротивление воды ощущается, когда объект движется против направления течения воды.
Выталкивающая сила меньше на объекте, испытывающем сопротивление воздуха. Выталкивающая сила сильно повышает водонепроницаемость.
Сопротивление воздуха толкает объект против силы тяжести. Сопротивление воде движет объект в направлении потока воды.
Сопротивление воздуха замедляет объект, ускоряющийся вниз по поверхности Земли. Сопротивление воде замедляет объект, находящийся в воде.
Сопротивление воздуха увеличивается с увеличением давления воздуха. Водонепроницаемость увеличивается с давлением из-за объема воды.
Сопротивление воздуха сравнительно меньше, так как плотность воздуха меньше плотности воды. Плотность воды больше плотности воздуха, поэтому водостойкость высокая.
Гравитационное ускорение выше в воздухе по сравнению с водой. Гравитационное ускорение в воде меньше, чем в воздухе.
Примерами сопротивления воздуха являются полет бумажного самолета, самолета или мяча, падающие с дерева листья и перья в воздухе. Примерами сопротивления воды являются плавающий по воде мяч, брошенный в воду камень, падение серебряной монеты в колодец, плавание и т. д. сходства между сопротивлением воздуха и воды, чтобы понять тему более четко.

В чем сходство сопротивления воздуха и сопротивления воды?

Воздухо- и водонепроницаемость — разные термины, но между ними есть некоторое сходство. Давайте задумаемся о некоторых сходствах между ними.

Сопротивление воздуха и воды являются силами сопротивления, и оба они ответственны за замедление скорости объекта, движущегося через соответствующую среду. И на сопротивление воздуха, и на сопротивление воды влияют давление, плотность, температура, скорость объекта, площадь объекта, масса, размер и форма.

Изображение предоставлено: Плавание от Isiwal (CC BY-SA 4.0)

Изменяются ли сопротивление воздуха и сопротивление воды в зависимости от их плотности?

Скорость объекта в среде напрямую зависит от плотности. Обсудим, зависит ли сопротивление воздуха и воды от их плотности.

Сопротивление воздуху и водонепроницаемость различаются из-за разницы в их плотности, так как плотность воды 1000 кг/м 3 , а плотность воздуха 1,225 кг/м 3 . Поскольку плотность воды очень высока, что резко снижает скорость объекта в воде, сопротивление воды выше, чем сопротивление воздуха.

Заключение

Из этой статьи можно сделать вывод, что сопротивление воздуха и сопротивление воды являются силами сопротивления, ответственными за замедление скорости объекта. Между ними существуют большие различия, поскольку сопротивление воздуха появляется, когда объект находится в воздухе, и сопротивление воды объекта в воде.

Recent Posts

ссылка на Сопротивление воздуха и гравитация: 5 фактов, которые вы должны знать!

Сопротивление воздуха и гравитация: 5 фактов, которые вы должны знать!

Сопротивление воздуха — это сила сопротивления, ощущаемая любой системой, а гравитация — сила притяжения. Давайте разберемся в связи между сопротивлением воздуха и гравитацией в этой статье.
Сопротивление воздуха…

Продолжить чтение

ссылка на 17 Примеры силы сопротивления воздуха: подробные пояснения

17 Примеры силы сопротивления воздуха: подробные пояснения

В этой статье мы собираемся обсудить различные примеры сил сопротивления воздуха с подробным пониманием.
Скорость ветра имеет жизненно важное значение, когда речь идет о сопротивлении воздуха…

Продолжить чтение

Сила — ~Плавание~

Сила в дайвинге:

     При плавании требуется большое усилие, особенно когда пытаясь преодолеть сопротивление и трение, вызванные водой. Для начала, когда вы плывете, вы должны преодолеть сопротивление воды. Сопротивление воды — это то, что цепляется за все, что свободно на вас — будь то волосы, одежда или что-то еще — и использует это как «парашют в воде», чтобы замедлить вас. Чтобы преодолеть сопротивление, вы должны быть максимально быстрыми в своих движениях и носить одежду, которая будет соскальзывать с водонепроницаемости. Вот почему пловцы, как правило, носят как можно меньше одежды, сбривают все видимые волосы и носят шапочки для плавания.

     Когда вы ныряете с платформы в начале гонки, вы применяете силу против гравитационного притяжения вашего тела к платформе. Ваши ноги согнуты и действуют как пружины, поэтому, как только вы отталкиваетесь, ваше тело отрывается от платформы и поднимается в воздух, где вы вскоре скользите в воду. Вы начинаете со сбалансированной силой: сила тяжести тянет вас вниз, а платформа подталкивает вас вверх, чтобы удерживать вас в равновесии. Затем, когда вы спрыгиваете с платформы и попадаете в воду, плавучесть воды преодолевает гравитационное притяжение и создает неуравновешенную силу, поэтому вы не падаете на дно бассейна.

Трение в плавании:

     Когда вы плаваете, вы почти всегда сталкиваетесь с трением. Трение является частью сопротивления, которое захватывает вас, когда вы плаваете. Помимо трения, сопротивление воды пытается замедлить вас, когда вы плаваете. Водонепроницаемость аналогична сопротивлению воздуха, оба возникают из-за жидкостного трения, за исключением того, что у них есть свои различия. Сопротивление воздуха — это когда объект падает или летит по воздуху, но воздух замедляет его до точки остановки в зависимости от площади его поверхности. В то время как сопротивление воды или жидкостное трение — это когда объект проходит через воду, и вода притягивает его, чтобы замедлить, или захватывает его, чтобы попытаться увеличить силу.

Гравитация в плавании:

     Когда вы плаваете, вы сталкиваетесь с сильной гравитацией, которая происходит на протяжении всего времени, пока вы плаваете, от начала до конца. Во-первых, когда вы находитесь на платформе, гравитация и статическое трение тянут вас вниз, они удерживают вас на платформе и помогают не упасть. В этот момент гравитация противостоит силе, приложенной платформой, чтобы удерживать вас в центре и в равновесии.

     Затем, когда вы ныряете с платформы, сила гравитации притягивает вас обратно к земле и позволяет соскользнуть в воду, чтобы начать плыть.

(Вес — это то же самое, что и Гравитация на этой диаграмме.)

     Наконец, все время, пока вы находитесь в воде, гравитация пытается утянуть вас вниз. В то время как плавучесть удерживает вас на поверхности воды и движется вперед. Хотя, если бы не было плавучести, вы не смогли бы оставаться наверху, вы бы продолжали опускаться на дно, потому что гравитационное притяжение опускало бы вас вниз.

Инерция при точении:

     Когда вы плывете и добираетесь до стены и должны повернуться, вы переворачиваетесь и несколько останавливаете свое движение в одном направлении и меняете его на другое.