Det tyktflydende friktion Det opstår, når en fast genstand bevæger sig midt i en væske - en gas eller en væske. Det kan modelleres som en kraft, der er proportional med negativet af objektets hastighed eller kvadratet af det.
Anvendelsen af den ene eller den anden model afhænger af visse forhold, såsom typen af væske, som objektet bevæger sig i, og om det er meget hurtigt. Den første model er kendt som lineær modstand, og i den størrelsen af den tyktflydende friktion Frøre ved er givet af:
Frøre ved = Γv
Her er γ den konstante proportionalitet eller koefficient for viskøs friktion, og v er objektets hastighed. Det gælder for kroppe, der bevæger sig ved lave hastigheder i væsker med et laminært regime.
I den anden model, kendt som kvadratisk modstand eller Rayleighs lov beregnes friktionskraftens størrelse i henhold til:
Frøre ved = ½ ρ.A.Cd.vto
Hvor ρ er væskens tæthed, er A genstandens tværsnitsareal og Cd er koefficienten for aerodynamisk træk.
Produktet ½ ρ.A.Cd er en aerodynamisk konstant kaldet D, hvis SI-enheder er kg / m, derfor:
Frøre ved = Dvto
Denne model er mere passende, når objektenes hastighed er medium eller høj, da bevægelsen producerer turbulens eller hvirvler, når den passerer gennem væsken..
En tennisbold i bevægelse og biler på motorvejen er eksempler på genstande, som denne model klarer sig ganske godt på..
Den tyktflydende kraft opstår, fordi det faste stof skal skubbe lagene af væske fra hinanden for at bevæge sig gennem det. Eksistensen af flere modeller skyldes, at denne kraft afhænger af flere faktorer, såsom væskens viskositet, objektets hastighed og form..
Der er genstande, der er mere aerodynamiske end andre, og mange er designet nøjagtigt, så mediumets modstand reducerer dets hastighed til et minimum.
Artikelindeks
Enhver person eller genstand, der bevæger sig i en væske, oplever nødvendigvis modstand fra miljøet, men disse effekter overses ofte til enkle applikationer såsom frit fald..
I erklæringerne fra næsten alle problemer med frit fald bemærkes det, at virkningerne af luftmodstand overses. Dette skyldes, at luft er en temmelig "tynd" væske, og det er derfor, vi forventer, at friktionen, den giver, ikke er signifikant..
Men der er andre bevægelser, hvor den tyktflydende friktion har en mere afgørende indflydelse, lad os se nogle eksempler:
-En sten, der falder lodret ned i et oliefyldt rør, oplever en kraft, der modsætter sig nedstigningen takket være væskens modstand.
-Pollenkorn er meget små, så for dem er luftmodstanden ikke ubetydelig, for takket være denne kraft er det, at de formår at holde sig flydende i lang tid og forårsage sæsonbetingede allergier..
-I tilfælde af svømmere bærer de en hætte og barberer sig helt, så vandets modstand ikke reducerer deres hastighed..
-Ligesom svømmere oplever tidskørere luftmodstand, derfor har hjelme aerodynamisk design for at forbedre effektiviteten.
Ligeledes er cyklistens position inden for en konkurrerende gruppe relevant. Den, der fører marchen, modtager åbenbart den største luftmodstand, mens det for dem, der lukker marchen, næsten er nul.
-Når en skydiver åbner faldskærmen, udsættes han for den viskøse luftfriktion, hvor den mest passende model er den med hastighedens firkant. På denne måde reducerer det sin hastighed, og når friktionen modsætter sig faldet, når den en konstant grænseværdi.
-For biler er koefficienten for aerodynamisk træk, en konstant, der bestemmes eksperimentelt, og overfladen, den præsenterer mod vinden, de afgørende faktorer for at reducere luftmodstanden og reducere brændstofforbruget. Derfor er de designet med skrånende forruder.
-I Millikan oliedråbeeksperiment undersøgte fysikeren Robert Millikan bevægelsen af oliedråber midt i et ensartet elektrisk felt og konkluderede, at enhver elektrisk ladning er et multiplum af elektronladningen..
Til dette var det nødvendigt at kende dråbernes radius, som ikke kunne bestemmes ved direkte måling i betragtning af deres lille størrelse. Men i dette tilfælde var den tyktflydende friktion betydelig, og dråberne blev stoppet. Denne kendsgerning gjorde det muligt at bestemme dråbernes radius og senere deres elektriske ladning.
I ligningen for den viskøse friktionskraft ved lav hastighed:
Frøre ved = Γv
a) Hvilke dimensioner skal den viskøse friktionskoefficient γ have?
b) Hvad er enhederne af γ i det internationale system for enheder?
I modsætning til koefficienterne for statisk friktion eller kinetisk friktion har den viskøse friktionskoefficient dimensioner, som skal være:
Kraft / hastighed
Kraft har dimensioner på masse x længde / tidto, mens hastigheden er længde / tid. Ved at betegne dem som følger:
-Masse: M
-Længde: L.
-Tid: T
Dimensionerne på den viskose friktionskoefficient γ er:
[M.L / Tto] / [L / T] = [M.L.T / L.Tto] = M / T
I SI er enhederne af y kg / s
Under hensyntagen til vandets modstand kan du finde et udtryk for terminalhastigheden for en metallisk kugle, der falder lodret ned i et rør fyldt med olie, i de tilfælde:
a) Lav hastighed
b) Høj hastighed
Figuren viser fritlegemsdiagrammet, der viser de to kræfter, der virker på kuglen: vægten nedad og væskens modstand, proportional med hastigheden, opad. Newtons anden lov for denne bevægelse siger følgende:
γvt - mg = 0
Hvor Vt er terminalhastigheden, givet af:
vt = mg / γ
Hvis vi antager mellemstore til høje hastigheder, er den passende model den med hastigheden i kvadrat:
Frøre ved = ½ ρ.A.Cd.vto
Derefter:
½ ρ.A.Cd.vto - mg = 0
D.vto - mg = 0
v = √ [mg / D]
I begge situationer, jo større objektets masse er, desto større er dens terminalhastighed..
Endnu ingen kommentarer