Как найти силу сопротивления
Перейти к содержимому

Как найти силу сопротивления

  • автор:

Как найти силу сопротивления воздуха? Подскажите пожалуйста, заранее спасибо.

Но у ВАС нет задачи!! ? Если при падении в воздухе, то по формуле: Fc=m*g-m*a; m- масса тела g=9,8 м\с a-ускорение, с которым тело падает.

Источник: физика, 8кл
Остальные ответы

При движении электромобиля (автомобиля) на скоростях, превышающих скорость пешехода, заметное влияние оказывает сила сопротивления воздуха. Для расчета силы сопротивления воздуха используют следующую эмпирическую формулу:

Fвозд. – сила сопротивления воздуха, Н
Cx – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости) , Н*с2/(м*кг) . Cx определяется эксперементально для каждого кузова.
ρ – плотность воздуха (1,29кг/м3 при нормальных условиях)
S – лобовая площадь электромобиля (автомобиля) , м2. S является площадью проекции кузова на плоскость, перпендикулярную продольной оси.
ν – скорость электромобиля (автомобиля) , км/ч

Для расчета разгонных характеристик электромобиля (автомобиля) следует учитывать силу сопротивления разгону (силу инерции) . Причем, нужно учитывать не только инерцию самого электромобиля, но и влияние момента инерции вращающихся масс внутри электромобиля (ротор, коробка передач, кардан, колеса) . Далее приведена формула расчета силы сопротивления разгону:

Fин. – сила сопротивления разгону, Н
m – масса электромобиля, кг
a – ускорение электромобиля, м/с2
σвр – коэффициент учета вращающихся масс

Приблизительно коэффициент учета вращающихся масс σвр можно рассчитать по формуле:

Где uкп – передаточное число коробки передач

Осталось описать силу сцепления колес с дорогой. Однако, данная сила в дальнейших расчетах малоприменима, поэтому пока оставим ее на-потом.

И вот, мы уже имеем представление об основных силах, действующих на электромобиль (автомобиль) . Знание этого теоретического вопроса вскоре сподвигнет нас на изучение следующего вопроса – вопроса расчета характеристик электромобиля, необходимых для обоснованного выбора двигателя, аккумуляторной батареи и контроллера.

Читайте также: Электромобиль (автомобиль) – расчет параметров двигателя

Copyright © Дмитрий Спицын, 2007.

Данная страница создана с помощью Smart HTML Editor

Источник: http://www.sdisle.com/ev/calc/forses.html

Сила сопротивления определяеться по формуле Ньютона
F=B*v^2,
где В — некоторый коэфициент, для каждого тела (зависит от формы, материала, качества поверхности — гладкаяч, шероховатая) , погодных условий (давления и влажности) и т. п. Она применима только при скоростях до 60-100 м/с — и то с большими оговорками (опять же от условий сильно зависит) .
Более точно можно определить по формуле
F=Bn*v^n
, где Bn — в принципе тот же коэффициент B, но он зависит от скорости, как и показатель степени n (n=2(приближенно) при скорости тела в атмосфере меньше М/2 и и больше 2..3М, при этих параметрах Bn практически постоянная величина) .
Здесь М — число Маха — если просто — равное скорости звука в воздухе — 315 м/с.
Ну а вообще — самый эффективный метод — эксперимент.

Было бы дольше информации — сказал бы больше.

Сила сопротивления

При совершенно любом движении будет фиксироваться появление между поверхностями тел или в среде, где оно осуществляется, сил сопротивления. Второе свойственное им название — силы трения.

Определение

Сила трения — сила, которая появляется в момент передвижения одного тела вдоль другого либо в какой-то среде, ведущая к замедлению действия.

Препятствие движению объясняется тем, что силы трения имеют противоположное направление, и в момент, когда движущая сила и силы сопротивления уравновесятся, скорость станет равна 0.

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

Схематически действие силы трения можно представить на рисунке:

Сила трения

Изображенное здесь тело массой m лежит на ровной поверхности, и на него действуют сила тяжести и уравновешивающая ее сила опоры (N). Направления этих двух сил противоположные, однако, обе — перпендикулярны поверхности.

Сила опоры по своей величине определяется по формуле:

С позиций механики понятно, что для того, чтобы сдвинуть это тело с места, необходимо приложить усилие (P), превосходящее силу трения (F).

Определение

Основателем закона трения считается француз Гийом Амонтон. Согласно его постулатам, Fтр пропорциональна давлению, которое тело оказывает на опору либо на другое тело. Кроме этого, она определяется физическими свойствами контактирующих материалов, но не зависит от величины поверхности соприкосновения.

Как любая другая, сила трения измеряется в Ньютонах (Н).

Разновидности сил сопротивления

Причинами возникновения силы трения являются:

  • неровный характер соприкасающихся поверхностей;
  • действие межмолекулярных связей (применимо для гладких поверхностей).

В зависимости от этих факторов, а также с учетом характера движения силы сопротивления бывают:

  1. Силой качения, которая находится в зависимости от физических свойств опоры, скорости движения, сопротивления воздуха. В формулу для определения силы качения вводится коэффициент f, который уменьшается при росте температуры и давления.
  2. Сила сопротивления воздуха (если идет лобовое взаимодействие). Причина ее появления — разница давлений. Чем выше вихреобразование, тем выше этот показатель. Вихреобразование же, в свою очередь, зависит от формы самого движущегося тела.

Передняя часть движущегося тела будет всегда испытывать большее сопротивление воздуха. При закруглениях спереди и сзади плоскостенного тела сопротивление уменьшается на 72%.

Существует понятие электрического сопротивления, под которым понимается свойство проводника препятствовать прохождению тока. Величина, с которой это происходит, равняется частному от деления напряжения на концах к силе тока, протекающему в последовательной цепи.

Как определить силу сопротивление воздуха

При движении тела на него действует лобовое сопротивление воздуха (обозначение — Рвл). Для его измерения существует формула:

\(P_=С_х\times p\times F_в\times V^2\div2\)

где Cx — коэффициент обтекаемости (при лобовом сопротивлении воздуха), p — плотность среды (в данной ситуации — воздуха), Fв — площадь миделевого сечения.

Наибольшая концентрация силы сопротивления наблюдается в точке, которая не совпадает с центром массы тела. Это — центр парусности.

\(P_j=m\times dV\div dt\)

В этой формуле m обозначает массу автомобиля, а частное изменения скорости по истечению времени — ускорение центра инерции (или центра масс).

Изменение силы в зависимости от скоростей

На малых скоростях движения сила сопротивления всегда определяется вязкостью жидкости, физическими характеристиками движения (в частности — скоростью), размерами самого тела.

Движение при больших скоростях имеет свои особенности. Например, в случае жидкой либо воздушной среды закономерности трения вязкости не работают. Даже при скоростях в 1 см/с их можно применить только для тел, размеры которых измеряются в мм.

Медленно движущееся тело по всей своей длине постепенно обтекается жидкостью, а сила сопротивления, действующая на него, называется силой вязкого трения.

При высокоскоростном движении сзади тела в жидкости возникают струйки, вихреобразные потоки различной мощности, кольца. Картинка этих течений постоянно меняется. Развивается турбулентная система, сопротивление внутри которой зависит от вязкости среды и размеров тела совсем по-другому, чем при вязком.

Такое сопротивление находится в пропорциональной зависимости от квадрата скорости и размеров тела. Кроме того, более значимым, чем вязкость, становится плотность среды.

Такое торможение называется силой турбулентного сопротивления. Она определяется по формуле:

\(F=p\times V^2\times L^2\)

где p — плотность среды, L — размеры тела, V — скорость движения.

Научный форум dxdy

Здрасьте.
Пишу программу, иллюстрирующую движения пушечного ядра. Не буду вдаваться в подробности, важно следующее. Рассчитываю силу сопротивления воздуха.
Для расчёта силы сопротивления воздуха можно воспользоваться формулой F=c*p*V^2*S/2 (взял из Википедии). c- коэффициент обтекаемости, S-площадь поперечного сечения, p-плотность среды, V — скорость.
Возьмём пушечное ядро, летящее в данный момент со скоростью 10 м/с, радиусом 0,065м. Плотность воздуха — 1,22кг/м^3. Коэффициент (с) обтекаемости для шара =0,3
Отсюда получаем F=0,3*1,22*10^2*(0,065*0,065*3,14)/2=0,24 Н.
А сила тяжести, которая действует на это тело будет равна около 80 Н (8 кг * 10м/с^2).

По-моему, я где-то ошибся, уж слишком мала сила сопротивления по сравнению с силой тяжести — на траектории это очень мало сказывается (судя по опытам, проведённым в программе). При скоростях примерно до 15 м/с вообще никакой разницы с траекторией движения в вакууме (параболической).
Скажите, для маленького чугунного ядра массой 8 кг это нормально? или оно должно сильнее отклоняться?

Re: Расчёт силы сопротивления воздуха
01.11.2010, 16:24

Дело в том, что чем меньше скорость, тем меньше сопротивление воздуха. Для проверки запустите шар побыстрее, если ничего не изменится, значит есть ошибка.

Re: Расчёт силы сопротивления воздуха
01.11.2010, 16:30

Kitozavr
нет, дело ясное, при бОльших скоростях отклонение заметно.
Вопрос в том, а не должно ли это отклонение быть заметно и скоростях около 15 м/с, а? Т.е. я возможно где-то ошибся в вычислениях раз в 10-20.
Вот скриншот двух траекторий (с сопротивлением и без) для начальной скорости 20 м/с.
http://s002.radikal.ru/i198/1011/1d/c6ec9a138993.png
Едва ли заметна разница. Вот я и хотел бы спросить у умных людей, а не ошибся ли я в вычислениях?

Re: Расчёт силы сопротивления воздуха
01.11.2010, 16:33

Заслуженный участник

Tom Vonzet в сообщении #368801 писал(а):

При скоростях примерно до 15 м/с вообще никакой разницы с траекторией движения в вакууме (параболической). Скажите, для маленького чугунного ядра массой 8 кг это нормально? или оно должно сильнее отклоняться?

Нормально. Для ядра разница начинает сказываться на скоростях в сотни метров в секунду. Вот если бы вы мячик пинали массой 0,5 кг, он бы сильнее чувствовал сопротивление.

Силы сопротивления

Справочник

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. Определяется третьим законом Ньютона.

Формулы 1 — 3

Сила сопротивления прямо пропорциональна массе тела и вычисляется по формуле:

\[F=\mu * m * g\]

где \[\boldsymbol<\mu>\] коэффициент материала изготовления опоры, выбирается по таблице;
g – постоянная величина равная 9,8 м/с2.

Для тел с небольшой скоростью сила сопротивления рассчитывается как произведение коэффициента сопротивления материала (a) и силы, провоцирующую движение предмета (v).

\[F=v a\]

где v — скорость движения предмета, a — коэффициент сопротивления среды.

При высоких скоростях или больших размеров предметов, силу сопротивления вычисляют пропорционально квадрату скорости.

\[F=c v^\]

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 \[P_\]. 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 \[P_\] 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.

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:

\[R=\rho \frac\]

где l – длина проводника; S – площадь сечения; ρ – удельное сопротивление.

Сила электрического сопротивления зависит от материала проводника, его длины, формы и температуры. Удельное сопротивление отличается у различных материалов.

Удельное сопротивление \[\boldsymbol\] — сопротивление проводника длиной и обладающего площадью поперечного сечения \[\boldsymbol>\]. Обозначается в Ом*м. К примеру, удельное сопротивления меди \[1,7 * 10^ Oм * м\], это значит, что у медного проводника длиной \[1м^\] сопротивление равно \[1,7 * 10^ Ом\].

Сопротивление проводника будет расти с увеличением температуры:

\[\rho=\rho_(1+\alpha \Delta T)\]

где \[\boldsymbol>\] – обозначает удельное сопротивление при \[T_=293 \mathrm\left(20^ \mathrm\right), \Delta T=T-T_\], α – температурный коэффициент сопротивления \[\left(K^\right)\].

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?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *