Сила сопротивления движению обозначение: Сила трения и сила сопротивления — урок. Физика, 7 класс.

Экспертная деятельность — Судебная экспертиза Лингвистическая экспертиза Автотехническая экспертиза

• Главная
• Статьи
• Сопротивление дороги

В предыдущей статье рассматривали силу воздуха, которая противостоит движению автомобиля и основы аэродинамических параметров автомобиля, в этой статье рассмотрим силу сопротивления дороги. Так как наш сайт носит не только рекламно информационный, но и специально ориентированный характер, то прежде чем двигаться дальше напомним уравнение силового баланса (1). 

Р_т=Р_д+Р_в+Р_и, (1) 

где: Р_т — сила тяги;

Р_д — сила сопротивления дороги;

Р_в — сила сопротивления воздуха;

Р_и — сила сопротивления инерции.

Сила сопротивления дороги раскладывается на две силы (2) в случае, когда присутствует уклон дороги.

Р_д=Р_к+Р_п, (2)

где: Р_к — сила сопротивления качению;

Р_п — сила сопротивления подъему.

Следует помнить, что сила сопротивления подъему может иметь как отрицательное значение, так и положительное. Это зависит от того, куда движется автомобиль. В случае движения на подъем, эта сила имеет положительное значение, но если автомобиль двигается «под горку», то значение Р_п будет отрицательным, т.к. она помогает силе тяги.

Сила сопротивления подъему Р_п будет выражаться следующим образом (3):

Р_п=G_а * i, (3)

где: G_a — вес автомобиля;

i — уклон дороги.

Уклоном дороги, в данном случае, является его геодезическое значение, т.е. отношение превышения по высоте к ее горизонтальному положению (см. рисунок 1)

Рисунок 1. Уклон дороги.

В данном случае обозначение % следует читать как сотых, а ‰ как тысячных долей.

Теперь вернемся к второй переменной формулы (2). Сила сопротивления качению выражается так (4):

Р_к=G_a * f_к, (4)

где: G_a — вес автомобиля;

f_к — коэффициент сопротивления качению.

i + f_к = ψ, (5)

где: ψ — коэффициент сопротивления дороги. 

Коэффициент сопротивления качению зависит от многочисленных факторов:

Тип и качество дорожного покрытия.

Чем лучше покрытие по качеству, тем меньше. Коэффициент зависит от количества ям и выбоин, и от типа покрытия. При деформируемом покрытии, коэффициент возрастает, появляются усилия на деформацию грунта.

Скорость движения автомобиля.

С ростом скорости движения, растет и коэффициент сопротивления качению.

Давление в шинах.

Оптимальное давление в шинах позволяет достичь самого низкого значения коэффициента сопротивления дороги. Чем выше давление, тем ниже коэффициент сопротивления качению, что особенно проявляется на твердых покрытиях, и наоборот, на деформируемых грунтах практически незаметно.

Конструкционные особенности шины.

В этом пункте имеет значение резина, из которой сделана шина, корд, число слоев корда, материал корда, назначение шины, рисунок протектора. Уменьшение числа слоев корда и улучшение качества покрышки, снижает потери энергии в шине, соответственно и  снижается.

Размеры колес.

С увеличением размеров колес, уменьшается давление в зоне контакта, и на деформируемых грунтах  уменьшается.

Момент, переданный через колесо.

У ведущих колес  на 10-15% выше, чем у ведомых колес.

Вес, приходящийся на колесо.

Чем больше нагрузка на колесо, тем больше деформируется грунт, поэтому этот фактор имеет значительное влияние на деформируемых грунтах.

 

 

 

 

 

Динамика — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

• Основные теоретические сведения
  • Основы динамики
  • Проекции сил
  • Законы Ньютона
  • Сила упругости
  • Вес тела
  • Сила трения
  • Особенности решения задач по динамике с несколькими телами
  • Вращательное движение
  • Закон всемирного тяготения. Спутники

 

Основы динамики

К оглавлению…

Если в кинематике только описывается движение тел, то в динамике изучаются причины этого движения под действием сил, действующих на тело.

Динамика – раздел механики, который изучает взаимодействия тел, причины возникновения движения и тип возникающего движения. Взаимодействие – процесс, в ходе которого тела оказывают взаимное действие друг на друга. В физике все взаимодействия обязательно парные. Это значит, что тела взаимодействуют друг с другом парами. То есть всякое действие обязательно порождает противодействие.

Сила – это количественная мера интенсивности взаимодействия тел. Сила является причиной изменения скорости тела целиком или его частей (деформации). Сила является векторной величиной. Прямая, вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы. Сила характеризуется тремя параметрами: точкой приложения, модулем (численным значением) и направлением.  В Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в Ньютонах (Н). Для измерения сил используют откалиброванные пружины. Такие откалиброванные пружины называются динамометрами. Сила измеряется по растяжению динамометра.

Сила, оказывающая на тело такое же действие, как и все силы, действующие на него, вместе взятые, называется равнодействующей силой. Она равна векторной сумма всех сил, действующих на тело:

Чтобы найти векторную сумму нескольких сил нужно выполнить чертеж, где правильно нарисовать все силы и их векторную сумму, и по данному чертежу с использованием знаний из геометрии (в основном это теорема Пифагора и теорема косинусов) найти длину результирующего вектора.

Виды сил:

1. Сила тяжести. Приложена к центру масс тела и направлена вертикально вниз (или что тоже самое: перпендикулярно линии горизонта), и равна:

где: g — ускорение свободного падения, m — масса тела. Не перепутайте: сила тяжести перпендикулярна именно горизонту, а не поверхности на которой лежит тело. Таким образом, если тело лежит на наклонной поверхности, сила тяжести по-прежнему будет направлена строго вниз.

2. Сила трения. Приложена к поверхности соприкосновения тела с опорой и направлена по касательной к ней в сторону противоположную той, куда тянут, или пытаются тянуть тело другие силы.

3. Сила вязкого трения (сила сопротивления среды). Возникает при движении тела в жидкости или газе и направлена против скорости движения.

4. Сила реакции опоры. Действует на тело со стороны опоры и направлена перпендикулярно опоре от нее. Когда тело опирается на угол, то сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности тела.

5. Сила натяжения нити. Направлена вдоль нити от тела.

6. Сила упругости. Возникает при деформации тела и направлена против деформации.

Обратите внимание и отметьте для себя очевидный факт: если тело находится в покое, то равнодействующая сил равна нулю.

 

Проекции сил

К оглавлению…

В большинстве задач по динамике на тело действует больше чем одна сила. Для того чтобы найти равнодействующую всех сил в этом случае можно пользоваться следующим алгоритмом:

1. Найдем проекции всех сил на ось ОХ и просуммируем их с учетом их знаков. Так получим проекцию равнодействующей силы на ось ОХ.
2. Найдем проекции всех сил на ось OY и просуммируем их с учетом их знаков. Так получим проекцию равнодействующей силы на ось OY.
3. Результирующая всех сил будет находится по формуле (теореме Пифагора):

При этом, обратите особое внимание на то, что:

1. Если сила перпендикулярна одной из осей, то проекция именно на эту ось будет равна нулю.
2. Если при проецировании силы на одну из осей «всплывает» синус угла, то при проецировании этой же силы на другую ось всегда будет косинус (того же угла). Запомнить при проецировании на какую ось будет синус или косинус легко. Если угол прилежит к проекции, то при проецировании силы на эту ось будет косинус.
3. Если сила направлена в ту же сторону что и ось, то ее проекция на эту ось будет положительной, а если сила направлена в противоположную оси сторону, то ее проекция на эту ось будет отрицательной.

 

Законы Ньютона

К оглавлению…

Законы динамики, описывающие влияние различных взаимодействий на движение тел, были в одной из своих простейших форм, впервые четко и ясно сформулированы Исааком Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии» (1687 год), поэтому эти законы также называют Законами Ньютона. Ньютоновская формулировка законов движения справедлива только в инерциальных системах отсчета (ИСО). ИСО – система отсчета, связанная с телом, движущимся по инерции (равномерно и прямолинейно).

Есть и другие ограничения на применимость законов Ньютона. Например, они дают точные результаты только до тех пор, пока применяются к телам, скорости которых много меньше скорости света, а размеры значительно превышают размеры атомов и молекул (обобщением классической механики на тела, двигающиеся с произвольной скоростью, является релятивистская механика, а на тела, размеры которых сравнимы с атомными — квантовая механика).

Первый закон Ньютона (или закон инерции)

Формулировка: В ИСО, если на тело не действуют никакие силы или действие сил скомпенсировано (то есть равнодействующая сил равна нулю), то тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии действия на него других тел называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют законом инерции. Итак, причиной изменения скорости движения тела целиком или его частей всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания изменения движения тела под воздействием других тел необходимо ввести новую величину – массу тела.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность (способность сохранять скорость постоянной). В Международной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг). Масса тела – скалярная величина. Масса также является мерой количества вещества:

Второй закон Ньютона – основной закон динамики

Приступая к формулировке второго закона, следует вспомнить, что в динамике вводятся две новые физические величины – масса тела и сила. Первая из этих величин – масса – является количественной характеристикой инертных свойств тела. Она показывает, как тело реагирует на внешнее воздействие. Вторая – сила – является количественной мерой действия одного тела на другое.

Формулировка: Ускорение, приобретаемое телом в ИСО, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе этого тела:

Однако при решении задач по динамике второй закон Ньютона целесообразно записывать в виде:

Если на тело одновременно действуют несколько сил, то под силой в формуле, выражающей второй закон Ньютона, нужно понимать равнодействующую всех сил. Если равнодействующая сила равна нолю, то тело будет оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, т.к. ускорение будет нулевым (первый закон Ньютона).

Третий закон Ньютона

Формулировка: В ИСО тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению, лежащими на одной прямой и имеющими одну физическую природу:

Эти силы приложены к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга.  Обратите внимание, что складывать можно только силы, которые одновременно действуют на одно из тел. При взаимодействии двух тел возникают силы, равные по величине и противоположные по направлению, но складывать их нельзя, т.к. приложены они к разным телам.

Алгоритм решения задач по динамике

Задачи по динамике решаются с помощью законов Ньютона. Рекомендуется следующий порядок действий:

1. Проанализировав условие задачи, установить, какие силы действуют и на какие тела;

2. Показать на рисунке все силы в виде векторов, то есть направленных отрезков, приложенных к телам, на которые они действуют;

3. Выбрать систему отсчета, при этом полезно одну координатную ось направить туда же, куда направлено ускорение рассматриваемого тела, а другую – перпендикулярно ускорению;

4. Записать II закон Ньютона в векторной форме:

5. Перейти к скалярной форме уравнения, то есть записать все его члены в том же порядке в проекциях на каждую из осей, без знаков векторов, но учитывая, что силы, направленные против выбранных осей будут иметь отрицательные проекции, и, таким образом, в левой части закона Ньютона они будут уже вычитаться, а не прибавляться. В результате получатся выражения вида:

6. Составить систему уравнений, дополнив уравнения, полученные в предыдущем пункте, в случае необходимости, кинематическими или другими простыми уравнениями;

7. Провести далее все необходимые математические этапы решения;

8. Если в движении участвует несколько тел, анализ сил и запись уравнений производится для каждого из них по отдельности. Если в задаче по динамике описывается несколько ситуаций, то подобный анализ производится для каждой ситуации.

При решении задач учитывайте также следующее: направление скорости тела и равнодействующей сил необязательно совпадают.

 

Сила упругости

К оглавлению…

Деформацией называют любое изменение формы или размеров тела. Упругими называют такие деформации, при которых тело полностью восстанавливает свою форму после прекращения действия деформирующей силы. Например, после того, как груз сняли с пружины, её длина в недеформированном состоянии не изменилась. При упругой деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Ее называют силой упругости. Простейшим видом деформации является деформация одностороннего растяжения или сжатия.

При малых деформациях модуль силы упругости пропорционален деформации тела. При этом сила упругости направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации, и может быть рассчитана по формуле:

где: k – жесткость тела, х – величина растяжения (или сжатия, другими словами: деформации тела), она равна модулю разности между конечной и начальной длиной деформируемого тела. Важно, что величина растяжения или сжатия не равна ни начальной, ни конечной длине тела в отдельности. Жесткость не зависит ни от величины приложенной силы, ни от деформации тела, а определяется только материалом, из которого изготовлено тело, его формой и размерами. В системе СИ жесткость измеряется в Н/м.

Утверждение о пропорциональности силы упругости и деформации называют законом Гука. В технике часто применяются спиралеобразные пружины. При растяжении или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются закону Гука. Коэффициент k называют жесткостью пружины. В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром.

Таким образом, у каждого конкретного тела (а не материала) есть своя жесткость и она не изменяется для данного тела. Таким образом, если у Вас в задаче по динамике несколько раз растягивали одну и ту же пружину Вы должны понимать, что ее жесткость во всех случаях была одна и та же. С другой стороны если в задаче было несколько пружин разных габаритов, но, например, все они были стальные, то тем не менее у них у всех будут разные жесткости. Так как жесткость не является характеристикой материала, то ее нельзя найти ни в каких таблицах. Жесткость каждого конкретного тела будет либо Вам дана в задаче по динамике, либо ее значение должно стать предметом некоторых дополнительных изысканий при решении данной задачи.

При сжатии сила упругости препятствует сжатию, а при растяжении – препятствует растяжению. Рассмотрим также то, как можно выразить жесткость нескольких пружин соединенных определённым образом. При параллельном соединении пружин общий коэффициент жесткости рассчитывается по формуле:

При последовательном соединении пружин общий коэффициент жесткости может быть найден из выражения:

 

Вес тела

К оглавлению…

Силу тяжести, с которой тела притягиваются к Земле, нужно отличать от веса тела. Понятие веса широко используется в повседневной жизни в неправильном смысле, под весом подразумевается масса, однако это не так.

Весом тела называют силу, с которой тело действует на опору или подвес. Вес – сила, которая, как и все силы, измеряется в ньютонах (а не в килограммах), и обозначается P. При этом предполагается, что тело неподвижно относительно опоры или подвеса. Согласно третьему закону Ньютона вес зачастую равен либо силе реакции опоры (если тело лежит на опоре), либо силы натяжении нити или силе упругости пружины (если тело висит на нити или пружине).

 Сразу оговоримся — вес не всегда равен силе тяжести.

Невесомость – это состояние, которое наступает, когда вес тела равен нолю. В этом состоянии тело не действует на опору, а опора на тело.

Увеличение веса тела, вызванное ускоренным движением опоры или подвеса, называют перегрузкой. Перегрузка рассчитывается по формуле:

где: P – вес тела, испытывающего перегрузку, P₀ – вес этого же тела в состоянии покоя. Перегрузка – безразмерная величина. Это хорошо видно из формулы. Поэтому не верьте писателям-фантастам, которые в своих книгах измеряют ее в g.

Запомните, что вес никогда не изображается на рисунках. Он просто вычисляется по формулам. А на рисунках изображается сила натяжения нити либо сила реакции опоры, которые по третьему закону Ньютона численно равны весу, но направлены в другую сторону.

Итак, отметим еще раз три существенно важных момента в которых часто путаются:

• Несмотря на то, что вес и сила реакции опоры равны по величине и противоположны по направлению, их сумма не равна нулю. Эти силы вообще нельзя складывать, т.к. они приложены к разным телам.
• Нельзя путать массу и вес тела. Масса – собственная характеристика тела, измеряется в килограммах, вес – это сила действия на опору или подвес, измеряется в Ньютонах.
• Если надо найти вес тела Р, то сначала находят силу реакции опоры N, или силу натяжения нити Т, а по третьему закону Ньютона вес равен одной из этих сил и противоположен по направлению.

 

Сила трения

К оглавлению…

Трение – один из видов взаимодействия тел. Оно возникает в области соприкосновения двух тел при их относительном движении или попытке вызвать такое движение. Трение, как и все другие виды взаимодействия, подчиняется третьему закону Ньютона: если на одно из тел действует сила трения, то такая же по модулю, но направленная в противоположную сторону сила действует и на второе тело.

Сухое трение, возникающее при относительном покое тел, называют трением покоя. Сила трения покоя всегда равна по величине внешней вызывающей силе и направлена в противоположную ей сторону. Сила трения покоя не может превышать некоторого максимального значения, которое определяется по формуле:

где: μ – безразмерная величина, называемая коэффициентом трения покоя, а N – сила реакции опоры.

Если внешняя сила больше максимального значения силы трения, возникает относительное проскальзывание. Силу трения в этом случае называют силой трения скольжения. Она всегда направлена в сторону, противоположную направлению движения. Силу трения скольжения можно считать равной максимальной силе трения покоя.

Коэффициент пропорциональности μ поэтому называют также коэффициентом трения скольжения. Коэффициент трения μ – величина безразмерная. Коэффициент трения положителен и меньше единицы. Он зависит от материалов соприкасающихся тел и от качества обработки их поверхностей. Таким образом коэффициент трения является неким конкретным числом для каждой конкретной пары взаимодействующих тел. Вы не сможете найти его ни в каких таблицах. Для Вас он должен либо быть дан в задаче, либо Вы сами должны найти его в ходе решения из каких-либо формул.

Если в рамках решения задачи у Вас получается коэффициент трения больше единицы или отрицательный – Вы неправильно решаете эту задачу по динамике.

Если в условии задачи просят найти минимальную силу, под действием которой начинается движение, то ищут максимальную силу, под действием которой, движение ещё не начинается. Это позволяет приравнять ускорение тел к нулю, а значит значительно упростить решение задачи. При этом силу трения полагают равной ее максимальному значению. Таким образом рассматривается момент, при котором увеличение искомой силы на очень малую величину сразу вызовет движение.

 

Особенности решения задач по динамике с несколькими телами

К оглавлению…

Связанные тела

Алгоритм решения задач по динамике в которых рассматриваются несколько тел связанных нитями:

1. Сделать рисунок.
2. Записать второй закон Ньютона для каждого тела в отдельности.
3. Если нить нерастяжима (а так в большинстве задач и будет), то ускорения всех тел будут одинаковы по модулю.
4. Если нить невесома, блок не имеет массы, трение в оси блока отсутствует, то сила натяжения одинакова в любой точке нити.

Движение тела по телу

В задачах этого типа важно учесть, что сила трения на поверхности соприкасающихся тел действует и на верхнее тело, и на нижнее тело, то есть силы трения возникают парами. При этом они направлены в разные стороны и имеют равную величину, определяемую весом верхнего тела. Если нижнее тело тоже движется, то необходимо учитывать, что на него также действует сила трения со стороны опоры.

 

Вращательное движение

К оглавлению…

При движении тела по окружности независимо от того, в какой плоскости происходит движение, тело будет двигаться с центростремительным ускорением, которое будет направлено к центру окружности, по которой движется тело. При этом понятие окружность не надо воспринимать буквально. Тело может проходить только дугу окружности (например, двигаться по мосту). Во всех задачах этого типа одна из осей обязательно выбирается по направлению центростремительного ускорения, т.е. к центру окружности (или дуги окружности). Вторую ось целесообразно направить перпендикулярно первой. В остальном алгоритм решения этих задач совпадает с решением остальных задач по динамике:

1. Выбрав оси, записать закон Ньютона в проекциях на каждую ось, для каждого из тел, участвующих в задаче, или для каждой из ситуаций, описываемых в задаче.

2. Если это необходимо, дополнить систему уравнений нужными уравнениями из других тем по физике. Особенно хорошо нужно помнить формулу для центростремительного ускорения:

3. Решить полученную систему уравнений математическими методами.

Так же есть ряд задач на вращение в вертикальной плоскости на стержне или нити. На первый взгляд может показаться, что такие задачи будут одинаковы. Это не так. Дело в том, что стержень может испытывать деформации как растяжения, так и сжатия. Нить же невозможно сжать, она сразу прогибается, а тело на ней просто проваливается.

Движение на нити. Так как нить только растягиваться, то при движении тела на нити в вертикальной плоскости в нити будет возникать только деформация растяжения и, как следствие, сила упругости, возникающая в нити, будет всегда направлена к центру окружности.

Движение тела на стержне. Стержень, в отличие от нити, может сжиматься. Поэтому в верхней точке траектории скорость тела, прикрепленного к стержню, может быть равна нулю, в отличии от нити, где скорость должна быть не меньше определенного значения, чтобы нить не сложилась. Силы упругости, возникающие в стержне, могут быть направлены как к центру окружности, так и в противоположную сторону.

Поворот машины. Если тело движется по твердой горизонтальной поверхности по окружности (например, автомобиль проходит поворот), то силой, которая удерживает тело на траектории, будет являться сила трения. При этом сила трения направлена в сторону поворота, а не против него (наиболее частая ошибка), она помогает машине поворачивать. Например, когда машина поворачивает направо, сила трения направлена в сторону поворота (направо).

 

Закон всемирного тяготения. Спутники

К оглавлению…

Все тела притягиваются друг к другу с силами, прямо пропорциональными их массам и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними. Таким образом закон всемирного тяготения в виде формулы выглядит следующим образом:

Такая запись закона всемирного тяготения справедлива для материальных точек, шаров, сфер, для которых r измеряется между центрами. Коэффициент пропорциональности G одинаков для всех тел в природе. Его называют гравитационной постоянной. В системы СИ он равен:

Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести. Так принято называть силу притяжения тел к Земле или другой планете. Если M – масса планеты, R_п – ее радиус, то ускорение свободного падения у поверхности планеты:

Если же удалиться от поверхности Земли на некоторое расстояние h, то ускорение свободного падения на этой высоте станет равно (при помощи нехитрых преобразований можно также получить соотношение между ускорением свободного падения на поверхности планеты и ускорением свободного падения на некоторой высоте над поверхностью планеты):

Рассмотрим теперь вопрос об искусственных спутниках планет. Искусственные спутники движутся за пределами атмосферы (если таковая у планеты имеется), и на них действуют только силы тяготения со стороны планеты. В зависимости от начальной скорости траектория космического тела может быть различной. Мы рассмотрим здесь только случай движения искусственного спутника по круговой орбите практически на нулевой высоте над планетой. Радиус орбиты таких спутников (расстояние между центром планеты и точкой где находится спутник) можно приближенно принять равным радиусу планеты R_п. Тогда центростремительное ускорение спутника, сообщаемое ему силами тяготения, приблизительно равно ускорению свободного падения g. Скорость спутника на орбите вблизи поверхности (на нулевой высоте над поверхностью планеты) называют первой космической скоростью. Первая космическая скорость находится по формуле:

Движение спутника можно рассматривать как свободное падение, подобное движению снарядов или баллистических ракет. Различие заключается только в том, что скорость спутника настолько велика, что радиус кривизны его траектории равен радиусу планеты. Для спутников, движущихся по круговым траекториям на значительном удалении от планеты, гравитационное притяжение ослабевает обратно пропорционально квадрату радиуса r траектории. Скорость спутника в таком случае находится с помощью формулы:

Закон Кеплера для периодов обращения двух тел вращающихся вокруг одного притягивающего центра:

Если речь идёт о планете Земля, то нетрудно подсчитать, что при радиусе r орбиты, равном приблизительно 6,6R_З, период обращения спутника окажется равным 24 часам. Спутник с таким периодом обращения, запущенный в плоскости экватора, будет неподвижно висеть над некоторой точкой земной поверхности. Такие спутники используются в системах космической радиосвязи. Орбита с радиусом r = 6,6R₃ называется геостационарной.

сопротивление — что это такое? Определение, единица, символ, закон, формула »Electroduino

18 сентября 2021 г. 25 января 2022 г. Админ 0 Комментарии Основная электрическая, основная электроника, проводник, электрический заряд, электрический ток, электроэнергия, сопротивление, резистор , Напряжение

Содержание

Что такое сопротивление?

Определение: Электрическое сопротивление или Сопротивление — это свойство материала или вещества (например, проводника), которое создает некоторое препятствие, противоположное потоку электронов через материал или вещество. Обозначается буквой R.

Я простыми словами, Это противодействующая сила, которая ограничивает поток электрона через материал или вещество.

Когда к проводнику прикладывается напряжение или разность потенциалов, свободные электроны начинают двигаться. При движении электроны сталкиваются друг с другом. Из-за столкновения скорость потока электронов ограничивается, что создает некоторое препятствие, противоположное потоку электронов через материал или вещество. Из-за столкновения скорость потока электронов ограничивается, что создает некоторое препятствие, противоположное потоку электронов через материал или вещество.

Мы знаем, что поток электронов является причиной течения электрического тока. Из-за ограничения скорости потока электронов скорость потока электрического тока также ограничена. Итак, это препятствие, создаваемое материалом или веществом для протекания электрического тока, называется сопротивлением.

Единица измерения сопротивления

Сопротивление измеряется в омах. Это единица сопротивления в системе СИ. Ом представлен греческим символом Ом (омега) .

Определение сопротивления в 1 Ом: Если разность потенциалов (напряжение) в один вольт (1 В) приложена к двум концам проводника и через него протекает ток в один ампер (1 А), то говорят, что сопротивление этого проводника равно быть один ом.

Итак, в системе СИ один ом равен одному вольту на ампер. Его можно выразить как

 

Единица измерения Ом в основном используется для умеренных значений сопротивления, но большие и малые значения сопротивления могут быть выражены в миллиомах, килоомах, мегаомах, гигаомах и т. д.

Значение больших и малых единиц сопротивления преобразуется в единицы Ом, как показано в таблице ниже.

90 052 9 0065

Единицы измерения сопротивления	Обозначение единицы измерения	Значения в Омах
МиллиОм	мОм	10 -3 Ом
МикроОм	мкОм	10 -6 Ом
НаноОм	нОм	10 -9 Ом
килоОм	кОм	10 3 Ом
МегаОм	МОм	10 6 Ом
Гига Ом	G Ом	10 9 Ом

Символ сопротивления

Для обозначения электрического сопротивления используются два основных типа символов цепей. Наиболее распространенным символом является зигзагообразная линия, которая широко используется в Северной Америке. Другой символ цепи представляет собой небольшую прямоугольную коробку с двумя клеммами, которая широко используется в Европе и Азии и называется международным символом резистора. Символы цепи показаны ниже.

Факторы, влияющие на электрическое сопротивление (Законы сопротивления)

Законы сопротивления определяют четыре фактора. Эти факторы влияют на электрическое сопротивление проводящего материала.

Первый закон

Первый закон гласит, что «сопротивление (R) проводящего материала прямо пропорционально длине (L) материала». Согласно первому закону сопротивление проводящего материала увеличивается с увеличением длины проводящего материала и уменьшается с уменьшением длины проводящего материала. Это может быть выражено как,

R ∝ L ……… (ур. 1)

Второй закон

Второй закон гласит, что «сопротивление (R) проводящего материала равно 9001 5 обратно пропорциональна поперечному сечению площадь (А) этого материала ”. Согласно этому закону сопротивление проводящего материала увеличивается с уменьшением площади поперечного сечения проводящего материала, а сопротивление уменьшается с увеличением площади поперечного сечения проводящего материала. Это может быть выражено как,

R ∝ 1/A ……… (ур. 2)

Третий закон

Этот закон гласит, что «значение сопротивления проводящего материала зависит от 900 15 природа этого материала ». Например, два провода, имеющие одинаковую длину и площадь поперечного сечения, но изготовленные из разных материалов. Вот почему они имеют разные значения сопротивления.

 

Четвертый закон

Четвертый закон гласит, что «сопротивление проводящего материала зависит от его температуры». Согласно этому закону значение сопротивления металлического проводника увеличивается с увеличением температуры этого металлического проводника.

Учитывая первый, второй и третий закон и пренебрегая четвертым законом, мы получаем зависимость между электрическим сопротивлением, длиной и площадью поперечного сечения проводника. Математически из уравнений 1 и 2 сопротивление проводника можно выразить следующим образом:

 

Формула сопротивления и расчет

Существуют три основные формулы, которые можно использовать для расчета сопротивления в цепи. Ниже рисунка находится треугольник формулы напряжения, который показывает соотношение между напряжением (V), током (I), сопротивлением (R) и мощностью (P).

 

Формула типа 1 (закон Ома)
Закон Ома описывает взаимосвязь между сопротивлением (R), напряжением (V) и током (I) в электрической цепи. По закону Ома

В = I x R

Таким образом, сопротивление представляет собой отношение напряжения питания к току в цепи.

R = V/I

Пример

Вопрос : если в приведенной ниже цепи напряжение питания равно 12 В и через неизвестное сопротивление протекает ток 2 А. Вычислите неизвестное значение сопротивления.

Решение:

Данные:   В = 12 вольт, I = 2 ампера

Согласно закону Ома,

R = V /I

Поместите значение V и I в приведенное выше уравнение мы получаем,

R = 12/2

    R = 6

 

Таким образом, используя уравнение, мы получаем неизвестное значение сопротивления 6 Ом.

Формула типа 2 (напряжение и мощность)

Эта формула выражает соотношение между сопротивлением (R), напряжением (V) и мощностью (P) в электрической цепи.

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока, протекающего в электрической цепи. Математически это можно выразить как

P = V x I

Согласно закону Ома, мы знаем, что I = V/R, теперь подставим значение I в приведенное выше уравнение, и мы получим:

P = V ² /R

Из вышеприведенного уравнения получаем, что сопротивление представляет собой отношение квадрата напряжения питания к мощности. Математически

R = V ² /P

Пример

Вопрос: , если в приведенной ниже схеме напряжение питания 24 вольта подается на лампу мощностью 48 Вт. Рассчитайте сопротивление, предлагаемое лампой.

Решение:

Данные: Напряжение (В) = 24 В, мощность (P) = 48 Вт

По формуле

R = В значение В и I в приведенном выше уравнении мы получаем,

R = (24) ² /48

R = 12

Таким образом, используя формулу, мы получаем сопротивление 12 Ом, предлагаемое лампой.

Формула напряжения, тип 3 (мощность и ток)

Эта формула выражает соотношение между сопротивлением (R), мощностью (P) и током (I) в электрической цепи.

Мы знаем, что,

P = V * I

Согласно закону Ома, теперь подставив V = I * R в приведенное выше уравнение, мы получим,

P = I ² * R

9000 2 Итак, Сопротивление — это отношение мощности и квадрата тока. Математически это можно выразить как

R = P / I ²

Пример

Вопрос : если в приведенной ниже схеме ток 2 А протекает через лампу мощностью 24 Вт. Рассчитайте сопротивление лампы мощностью 24 Вт.

Решение:

Данные: Ток (I) = 2A, Мощность (P) = 24 Вт

Согласно формуле,

R = P/I 0011

Введите значение P и I в приведенном выше уравнении мы получаем,

R = 24/ (2) ²

R = 6

Итак, ответ 6 Ом.

Сопротивление воздуха

Сопротивление воздуха, сокращенно \(F_a\), также известное как аэродинамическое сопротивление или сопротивление воздуха, представляет собой силу, противодействующую движению объекта в воздухе. Это вызвано трением и перепадами давления между молекулами воздуха и поверхностью объекта. Сопротивление воздуха присутствует во всех формах движения, связанных с движением объектов по воздуху, включая транспортные средства, самолеты и даже движения человека, такие как бег или езда на велосипеде.

Величина сопротивления воздуха зависит от нескольких факторов, включая скорость и направление движения объекта, размер и форму объекта, а также плотность и вязкость воздуха. Сопротивление воздуха увеличивается с увеличением скорости объекта, а также с увеличением его размера и площади поверхности. Обтекаемые объекты с гладкими изогнутыми поверхностями создают меньшее сопротивление воздуха, чем объекты с плоскими или шероховатыми поверхностями.

Сопротивление воздуха может иметь значительное влияние на производительность и эффективность использования топлива транспортных средств и самолетов. Инженеры и дизайнеры используют различные методы для уменьшения сопротивления воздуха, включая обтекаемость корпуса и добавление таких функций, как спойлеры, воздушные заслонки и аэродинамические поверхности для управления воздушным потоком вокруг объекта. Уменьшение сопротивления воздуха может повысить скорость, эффективность использования топлива и устойчивость транспортных средств и самолетов и является важным фактором во многих областях, включая транспорт, спорт и аэрокосмическую технику.