Коэффициент сопротивления движения формула: Силы сопротивления

Понятие силы сопротивления в физике

Оглавление

Время чтения::  5 минут

1 452

Сила сопротивления зависит от размеров и формы тела и скорости перемещения тела в среде, возникающая при его движении и затормаживает это движение. Сила сопротивления отличается от силы трения тем, что последняя рассматривает характер взаимодействия друг с другом твердых тел. Можно наблюдать, когда один элемент двигается по поверхности другого. Вектор силы сопротивления имеет направление противоположное движению.

Работа силы сопротивления видна на примере: при свободном падении листка с дерева на него действует сила сопротивления воздуха, которую можно сравнить с силой тяжести. В связи с этим, ускорение падающего листка будет не таким, как от ускорения свободного падения.

Аналогично с перемещением в жидкости, если тело погружается в воду плавно, то сопротивление воды будет меньше, чем при прыжке в нее.

Чему равна сила сопротивления

В числовом выражении общая сила сопротивления равна силе, которую следует приложить для равномерного передвижения тела по ровной горизонтальной поверхности. {2}\]График зависимости сопротивления

Зависимость силы от сопротивления определяется для каждой среды отдельно. Сила сопротивления среды растет, с ростом скорости движения предмета в среде.

От чего зависит сила сопротивления

На величину силы сопротивления влияют следующие факторы:

  • особенности и плотность среды, например, у жидкости плотность выше, чем у газа;
  • форма тела, у предметов с вытянутыми обтекаемыми вдоль движения формами сопротивление меньше, чем с расположенными перпендикулярно движению гранями;
  • скорость движения.

В зависимости от воздействия на движущиеся предметы различают несколько типов силы сопротивления:

  • Сила сопротивления качению \[P_{f}\]. Зависит от вида и состояния опорной поверхности, скорости перемещения, силы давления воздуха и прочее. Коэффициент сопротивлению качению f зависит типа и состояния опорной поверхности, его значение уменьшается, при повышении давления и температуры.
  • Сила сопротивления воздуха \[P_{B}\] возникает при разных показателях давления. В аэродинамике называется лобовым сопротивлением. Показатель будет выше с ростом вихреобразования в передней и задней частях объекта движения. Величина вихреобразования зависит от формы передвигаемых предметов.

Понятие силы электрического сопротивления

Строение металлических проводников объясняет наличие сопротивления. Свободные электроны движутся по проводнику встречая ионы кристаллической решетки. При контакте с ними другие электроны теряют часть своей энергии. У проводников с отличающимся атомным строением будет разное сопротивление току. Поэтому чем выше сопротивление проводника, тем проводимость электрического тока будет меньше.

Рис.1. Сила сопротивления

Формулы 4 — 5

Электрическое сопротивление в физике обозначают R, измеряется в Ом. Сопротивление равно 1 Ом, если на концах проводника возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока равной 1 Ампер.

Формула сопротивления силы тока:

\[R=\rho \frac{l}{S}\]

где l – длина проводника; S – площадь сечения; ρ – удельное сопротивление. {-1}\right)\].

При нагревании движение частиц материала возрастает и создает препятствия для направленного движения электродов. Количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки увеличивается.

Такое свойство применимо в термометрах сопротивления, измеряют температуру исходя из зависимости температуры и сопротивления с высокой точностью измерения.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Формула силы тока и сопротивление

Формула 6

Законом Ома для участка цепи называют взаимосвязь между силой тока (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) проводника на практике установлена Г. Омом.

\[I=\frac{U}{R}\]

Материалы с низким удельным сопротивлением считаются проводниками

, они эффективно проводят электрический ток. С высоким удельным сопротивлением – диэлектрики, их используют как изоляторы. Промежуточное положение занимают полупроводники.

Пример

Найти силу тока в проводнике длиной 100 мм, сечением 0,5 мм2 изготовленном из меди, если напряжение на его концах 6,8 В.

Решение:

Запишем формулу закона Ома и найдем сопротивление через силу тока : \[I=\frac{U}{R}\]

Для определения силы тока I, нужно определить сопротивление R. С помощью формулы с удельным сопротивлением преобразуем формулу для закона Ома:

\[\begin{array}{r}
R=\rho \frac{l}{S} \\
I=\frac{U S}{\rho l}
\end{array}\]

Подставляем значения в формулу:

\[I=\frac{6,8 * 0,5}{0,017 * 100}=2 \mathrm{~A}\]

Значение ρ для меди берется из таблиц.

Ответ: 2А

Оценить статью (55 оценок):

Поделиться

Анна Краснова — Бакалавр физики

Популярные статьи

3.11. Силы сопротивления движению и мощности, затрачиваемые на их преодоление

Силами сопротивления называются силы, препятствующие движению автомобиля. Эти силы направлены против его движе­ния.

При движении на подъеме, характеризуемом высотой Hп, длиной проекции Вп на гори­зонтальную плоскость и углом подъема дороги α, на автомобиль действуют следующие силы со­противления (рис. 3.12): сила со­противления качению Рк, равная сумме сил сопротивления каче­нию передних (РК|) и задних (РК2) колес, сила сопротивления подъе­му Рп, сила сопротивления воз­духа Д и сила сопротивления раз­гону РИ. Силы сопротивления ка­чению и подъему связаны с особенностями дороги. Сумма этих сил называется силой сопротивления дороги

РД.

Рис. 3.13. Потери энергии на внутреннее трение в шине:

а — точка, соответствующая мак­симальным значениям нагрузки и прогиба шины

Сила сопротивления качению

Возникновение силы сопротивления качению при движении обусловлено потерями энергии на внутреннее трение в шинах, поверхностное трение шин о дорогу и образование колеи (на деформируемых дорогах). О потерях энергии на внутреннее трение в шине можно судить по рис. 3.13, на котором приведена зависимость между вертикаль­ной нагрузкой на колесо и деформацией шины — ее прогибом fш.

При движении колеса по неровной поверхности шина, испы­тывая действие переменной нагрузки, деформируется. Линия αО, которая соответствует возрастанию нагрузки, деформирующей шину, не совпадает с линией

аО, отвечающей снятию нагрузки. Площадь области, заключенной между указанными кривыми, ха­рактеризует потери энергии на внутреннее трение между отдель­ными частями шины (протектор, каркас, слои корда и др.).

Потери энергии на трение в шине называются гистерезисом, а линия ОαО — петлей гистерезиса.

Потери на трение в шине необратимы, так как при деформа­ции она нагревается и из нее выделяется теплота, которая рассе­ивается в окружающую среду. Энергия, затрачиваемая на дефор­мацию шины, не возвращается полностью при последующем вос­становлении ее формы.

Сила сопротивления качению Рк достигает наибольшего зна­чения при движении по горизонтальной дороге. В этом случае

где G — вес автомобиля, Н; f — коэффициент сопротивления качению.

При движении на подъеме и спуске сила сопротивления каче­нию уменьшается по сравнению с Рк на горизонтальной дороге, и тем значительнее, чем они круче. Для этого случая движения сила сопротивления качению

где α — угол подъема, °.

Зная силу сопротивления качению, можно определить мощ­ность, кВт,

затрачиваемую на преодоление этого сопротивления:

где v —скорости автомобиля,м/c2

Для горизонтальной дороги соs0°=1 и

Зависимости силы сопротивления качениюРк и мощности NК от скорости автомобиля v показаны на рис.

3.14

Коэффициент сопротивления качению

Коэффициент сопротивления качению существенно влияет на потери энергии при движении автомобиля. Он зависит от многих конструктивных и эксплуатационных

Рис 3.15. Зависимости коэффициента сопротивления качению от

Скорости движения (а), давления воздуха в шине (б) и момента, передаваемого через колесо (в)

факторов и определяется экспериментально. Его средние значения для различных дорог при нормальном давлении воздуха в шине составляют 0,01 …0,1.Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент сопротивления качению.

Скорость движения. При изменении скорости движения в ин­тервале 0…50 км/ч коэффициент сопротивления качению изме­няется незначительно и его можно считать постоянным в указан­ном диапазоне скоростей.

При повышении скорости движения за пределами указанного интервала коэффициент сопротивления качению существенно уве­личивается (рис.

3.15, а) вследствие возрастания потерь энергии в шине на трение.

Коэффициент сопротивления качению в зависимости от ско­рости движения можно приближенно рассчитать по формуле

где — скорость автомобиля, км/ч.

Тип и состояние покрытия дороги. На дорогах с твердым по­крытием сопротивление качению обусловлено главным образом деформациями шины.

При увеличении числа дорожных неровностей коэффициент сопротивления качению возрастает.

На деформируемых дорогах коэффициент сопротивления ка­чению определяется деформациями шины и дороги. В этом случае он зависит не только от типа шины, но и от глубины образую­щейся колеи и состояния грунта.

Значения коэффициента сопротивления качению при рекомен­дуемых уровнях давления воздуха и нагрузки на шину и средней скорости движения на различных дорогах приведены ниже:

Асфальто- и цементобетонное шоссе:

в хорошем состоянии . ……………………………… 0,007…0,015

в удовлетворительном состоянии …………… 0,015…0,02

Гравийная дорога в хорошем состоянии …. 0,02…0,025

Булыжная дорога в хорошем состоянии…… 0,025…0,03

Грунтовая дорога сухая, укатанная ………….. 0,025…0,03

Песок………………………………………………………….. 0,1…0,3

Обледенелая дорога, лед …………………………. 0,015…0,03

Укатанная снежная дорога ……………………….. 0,03…0,05

Тип шины. Коэффициент сопротивления качению во многом зависит от рисунка протектора, его износа, конструкции каркаса и качества материала шины. Изношенность протектора, уменьше­ние числа слоев корда и улучшение качества материала приводят к падению коэффициента сопротивления качению вследствие снижения потерь энергии в шине.

Давление воздуха в шине. На дорогах с твердым покрытием при уменьшении давления воздуха в шине коэффициент сопро­тивления качению повышается (рис. 3.15, б). На деформируемых дорогах при снижении давления воздуха в шине уменьшается глу­бина колеи, но возрастают потери на внутреннее трение в шине. Поэтому для каждого типа дороги рекомендуется определенное давление воздуха в шине, при котором коэффициент сопротивле­ния качению имеет минимальное значение.

Нагрузка на колесо. При увеличении вертикальной нагрузки на колесо коэффициент сопротивления качению существенно возрастает на деформируемых дорогах и незначительно — на до­рогах с твердым покрытием.

Момент, передаваемый через колесо

. При передаче момента через колесо коэффициент сопротивления качению возрастает (рис. 3.15, в) вследствие потерь на проскальзывание шины в месте ее контакта с дорогой. Для ведущих колес значение коэффициента сопротивления качению на 10… 15 % больше, чем для ведомых.

Коэффициент сопротивления качению оказывает существен­ное влияние на расход топлива и, следовательно, на топливную экономичность автомобиля. Исследования показали, что даже не­большое уменьшение этого коэффициента обеспечивает ощути­мую экономию топлива. Поэтому неслучайно стремление конст­рукторов и исследователей создать такие шины, при использова­нии которых коэффициент сопротивления качению будет незна­чительным, но это весьма сложная проблема.

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления — это число, которое инженеры используют для моделирования все сложные зависимости формы и условия течения на ракете тащить. Это уравнение представляет собой просто перестановка уравнения сопротивления, где мы решить для коэффициента лобового сопротивления с точки зрения других переменных. Коэффициент аэродинамического сопротивления

Cd равно сопротивлению 92)

Величина, равная половине плотности, умноженной на квадрат скорости, называется динамическое давление q . Так

Cd = D / (q * А)

Тогда коэффициент аэродинамического сопротивления выражает соотношение силы сопротивления к силе, создаваемой динамическим давлением, умноженной на площадь.

Это уравнение дает нам способ определить значение сопротивления коэффициент. В контролируемой среде, такой как аэродинамическая труба мы можем установить скорость, плотность и площадь и измерить производимое сопротивление. Путем деления получаем значение сопротивления коэффициент. Как указано на перетаскивании слайд с уравнениями, выбор эталона площадь (лобовая площадь или площадь поверхности) повлияет на числовое значение рассчитанного коэффициента лобового сопротивления. При сообщении значений коэффициента лобового сопротивления важно указать эталонная площадь, которая используется для определения коэффициента. Мы можем предсказать сопротивление, которое будет производиться при другом наборе скорость, плотность (высота) и условия местности с использованием уравнения сопротивления.

Коэффициент аэродинамического сопротивления содержит не только сложные зависимости форма объекта, но и влияние воздуха вязкость и сжимаемость. Чтобы правильно использовать перетаскивание коэффициент, мы должны быть уверены, что вязкость и сжимаемость эффекты одинаковы между нашим измеренным случаем и предсказанным кейс. В противном случае прогноз будет неточным. Для очень низких скоростях (< 200 миль в час) эффекты сжимаемости незначительны. В при более высоких скоростях становится важным согласовать числа Маха между два случая. число Маха есть отношение скорости к скорость звука. На сверхзвуковых скоростях, ударные волны будет присутствовать в поле течения, и мы должны обязательно учитывать волновое сопротивление в коэффициент лобового сопротивления. Так что совершенно некорректно мерить лобовое сопротивление коэффициент на некоторой низкой скорости (скажем, 200 миль в час) и примените это сопротивление коэффициент при удвоенной скорости звука (примерно 1400 миль в час, Маха = 2,0). Еще важнее соответствие вязкости воздуха последствия. Важным параметром согласования вязкости является Число Рейнольдса которая выражает отношение сил инерции к вязкие силы. В наших дискуссиях об источниках сопротивления напомним, что сопротивление поверхностного трения напрямую зависит от вязкости Взаимодействие объекта и потока. Если число Рейнольдса эксперимент и полет близки, то правильно моделируем эффекты вязких сил по отношению к силам инерции. Если они совсем другое, мы не правильно моделируем физику реального проблема и будет предсказывать неправильное сопротивление.

Экскурсии с гидом
  • Вязкостная аэродинамика:
  • Скаляры:
Деятельность:

Связанные сайты:
Rocket Index
Rocket Home
Руководство для начинающих Home

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент лобового сопротивления — безразмерный коэффициент пропорциональности вектора суммарной гидродинамической силы на тело в потоке жидкости или газа и произведение площади отсчета S тела (обычно в миделе) и скоростного напора q

куда , v s – векторы скорости жидкости и тела, – относительная скорость тела, ρ – плотность жидкости (газа), S – площадь мидель- ного сечения тела, C d – коэффициент сопротивления.

Это соотношение следует из теории подобия и широко используется в технике для упрощенного расчета силы, действующей на тело или частицу в жидкости или газе, в которой оно движется.

На практике коэффициент лобового сопротивления в большинстве случаев рассчитывается с использованием эмпирических соотношений, обобщающих экспериментальные данные. Наиболее широко изучаемым случаем является сфера. На рис. 1 представлена ​​зависимость коэффициента сопротивления шара и цилиндра в поперечном течении от числа Рейнольдса Re = ρuD/η, где D — диаметр шара (цилиндра), η — вязкость жидкости, . Коэффициент лобового сопротивления резко уменьшается от чрезвычайно высоких значений при малых числах Re до единицы и ниже при Re > 10 3 . Для Re < 0,2 Стокс вывел теоретическую формулу коэффициента лобового сопротивления для сферы:

Здесь имеет место чисто вязкое безотрывное течение. Сопротивление определяется высоким молекулярным трением жидкости, действие которого распространяется далеко вверх по течению. С увеличением числа Re силы инерции начинают преобладать над силами вязкости и возникает ламинарный пограничный слой. Теперь силы вязкости проявляются только в этом достаточно тонком слое. Течение за пределами пограничного слоя практически не зависит от вязкости. Также происходит отрыв потока в корме (точка S на рис. 1). С ростом Re площадь отрыва увеличивается и достигает наибольших значений при Re ~ 10 3 ; коэффициент лобового сопротивления при этом уже не уменьшается и даже несколько увеличивается, оставаясь близким к 0,4 для диапазона 2 · 10 3 < Re < 2 · 10 5 .

Рис. 1. Коэффициент лобового сопротивления цилиндров (1) и сфер (2) в зависимости от числа Рейнольдса (Re).

В диапазоне 0,2 < Re < 2 × 10 3 приближенная формула для расчета коэффициента сопротивления для сферы имеет вид:

Если Re продолжает расти, возникает ситуация (при Re ~ 2 × 10 5 ), когда ламинарный пограничный слой становится частично турбулентным в безотрывной области течения сферы. Профиль скорости в турбулентном пограничном слое более полный и лучше сопротивляется положительному градиенту давления. Зона отрыва резко смещена к корме, что резко снижает коэффициент лобового сопротивления. Наступает режим автомодельности, и при дальнейшем увеличении числа Re коэффициент лобового сопротивления остается неизменным.

При больших скоростях газа коэффициент сопротивления также зависит от числа Маха Ma = u/a, где a — скорость акустических волн в газе. При Ma < 1 формула, аппроксимирующая обширный массив экспериментальных данных, выглядит следующим образом:

где C d 0 рассчитывается по формуле (1), получил признание.

На коэффициент аэродинамического сопротивления сильно влияет форма кузова. Он учитывается через коэффициент сферичности, который представляет собой отношение площади поверхности шара того же объема, что и тело, к площади поверхности тела. Для тетраэдра это 0,67; для куба 0,806; а для октаэдра 0,85. Введение коэффициента сферичности фактически означает переход от неправильной формы корпуса к некоторой эквивалентной сферической форме, при этом диаметр сферы принимается за исходную величину для определения числа Re и площади мидель-шпинделя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *