Περιεχόμενο
- Η εξίσωση Δύναμης Δύναμης
- Σύρετε τη δύναμη σε ένα αντικείμενο που πέφτει
- Σύρετε τη δύναμη σε έναν κολυμβητή
Ο καθένας εξοικειώνεται διαισθητικά με την έννοια της δύναμης οπισθέλκουσας. Όταν βυθίζετε το νερό ή οδηγείτε ένα ποδήλατο, παρατηρείτε ότι όσο περισσότερη δουλειά ασκείτε και όσο πιο γρήγορα μετακινείτε, τόσο περισσότερη αντίσταση έχετε από το περιβάλλον νερό ή τον αέρα, τα οποία θεωρούνται ρευστά από τους φυσικούς. Ελλείψει δυνάμεων οπισθέλκουσας, ο κόσμος μπορεί να αντιμετωπιστεί με 1,000 ποδιές στο σπίτι του μπέιζμπολ, πολύ ταχύτερα παγκόσμια ρεκόρ σε στίβο και πεδίο, και αυτοκίνητα με υπερφυσικά επίπεδα οικονομίας καυσίμου.
Οι δυνάμεις σύρσης, που είναι περιοριστικές και όχι προωθητικές, δεν είναι τόσο δραματικές όσο άλλες φυσικές δυνάμεις, αλλά είναι κρίσιμες στη μηχανολογία και τις σχετικές επιστήμες. Χάρη στις προσπάθειες των μαθηματικών επιστημόνων, είναι δυνατόν όχι μόνο να προσδιοριστούν οι δυνάμεις της οπισθέλκουσας στη φύση, αλλά και να υπολογιστούν οι αριθμητικές τους τιμές σε μια ποικιλία καθημερινών καταστάσεων.
Η εξίσωση Δύναμης Δύναμης
Η πίεση, στη φυσική, ορίζεται ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας: P = F / A. Χρησιμοποιώντας το "D" για να αντιπροσωπεύει συγκεκριμένα την δύναμη σύμπτυξης, αυτή η εξίσωση μπορεί να αναδιαταχθεί D = CPA, όπου το C είναι μια σταθερά αναλογικότητας που ποικίλλει από αντικείμενο σε αντικείμενο. Η πίεση σε ένα αντικείμενο που κινείται μέσω ενός υγρού μπορεί να εκφραστεί ως (1/2) ρv2, όπου ρ (η ελληνική επιστολή rho) είναι η πυκνότητα του ρευστού και v είναι η ταχύτητα των αντικειμένων.
Επομένως, D = (1/2) (C) (ρ) (ν2)(ΕΝΑ).
Σημειώστε διάφορες συνέπειες αυτής της εξίσωσης: Η δύναμη οπισθέλκουσας αυξάνεται σε άμεση αναλογία με την πυκνότητα και την επιφάνεια και αυξάνεται με το τετράγωνο της ταχύτητας. Εάν τρέχετε με ταχύτητα 10 μίλια ανά ώρα, δοκιμάζετε τέσσερις φορές την αεροδυναμική αντίσταση όπως κάνετε στα 5 μίλια την ώρα, με όλα τα άλλα να διατηρούνται σταθερά.
Σύρετε τη δύναμη σε ένα αντικείμενο που πέφτει
Μια από τις εξισώσεις της κίνησης για ένα αντικείμενο στην ελεύθερη πτώση από την κλασική μηχανική είναι v = v0 + στο. Σε αυτό, v = ταχύτητα στο χρόνο t, v0 είναι αρχική ταχύτητα (συνήθως μηδέν), a είναι επιτάχυνση λόγω βαρύτητας (9,8 m / s2 στη Γη), και ο χρόνος t έχει περάσει σε δευτερόλεπτα. Είναι σαφές με μια ματιά ότι ένα αντικείμενο που πέφτει από ένα μεγάλο ύψος θα έπεφτε με αυξανόμενη ταχύτητα αν αυτή η εξίσωση ήταν αυστηρά αληθινή, αλλά δεν είναι επειδή παραμελεί τη δύναμη σύρματος.
Όταν το άθροισμα των δυνάμεων που επενεργούν σε ένα αντικείμενο είναι μηδέν, δεν επιταχύνεται πλέον, αν και μπορεί να κινείται με υψηλή, σταθερή ταχύτητα. Έτσι, ένας αλεξιπτωτιστής επιτυγχάνει την τερματική του ταχύτητα όταν η δύναμη έλξης ισούται με τη δύναμη της βαρύτητας. Μπορεί να χειριστεί αυτό μέσω της στάσης του σώματος, η οποία επηρεάζει την Α στην εξίσωση οπισθέλκουσας. Η ταχύτητα του τερματικού είναι περίπου 120 μίλια ανά ώρα.
Σύρετε τη δύναμη σε έναν κολυμβητή
Οι ανταγωνιστικοί κολυμβητές αντιμετωπίζουν τέσσερις ξεχωριστές δυνάμεις: τη βαρύτητα και την πλευστότητα, οι οποίες αντισταθμίζουν το ένα στο άλλο σε ένα κατακόρυφο επίπεδο, και η οπισθέλκουσα και η πρόωση, οι οποίες δρουν σε αντίθετες κατευθύνσεις σε οριζόντιο επίπεδο. Στην πραγματικότητα, η προωθητική δύναμη δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια δύναμη οπισθέλκουσας που εφαρμόζεται από τα πόδια και τα χέρια των κολυμβητών για να ξεπεραστεί η δύναμη οπισθέλκουσας του νερού, η οποία, όπως πιθανώς υποθέσατε, είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή του αέρα.
Μέχρι το 2010, οι Ολυμπιακοί κολυμβητές είχαν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν ειδικά αεροδυναμικά κοστούμια τα οποία βρίσκονταν μόνο για μερικά χρόνια. Τα κολυμβητήρια που διέπουν το σώμα απαγόρευσαν τα κοστούμια επειδή το αποτέλεσμά τους ήταν τόσο έντονο που τα παγκόσμια ρεκόρ σπάζονταν από αθλητές που ήταν άλλως αξιοσημείωτο (αλλά ακόμα παγκόσμιας κλάσης) χωρίς τα κοστούμια.