frecare vâscoasă Apare atunci când un obiect solid se mișcă în mijlocul unui fluid - un gaz sau un lichid. Poate fi modelat ca o forță proporțională cu negativul vitezei obiectului sau cu pătratul acestuia.
Utilizarea unuia sau a altui model depinde de anumite condiții, cum ar fi tipul de fluid în care se mișcă obiectul și dacă este sau nu foarte rapid. Primul model este cunoscut sub numele de rezistență liniară, iar în el magnitudinea fricțiunii vâscoase Fatingere este dat de:
Fatingere = Γv
Aici γ este constanta proporționalității sau coeficientul de frecare vâscoasă și v este viteza obiectului. Se aplică corpurilor care se mișcă la viteze mici în fluide cu regim laminar.
În al doilea model, cunoscut sub numele de rezistență pătratică sau legea lui Rayleigh, magnitudinea forței de frecare este calculată în funcție de:
Fatingere = ½ ρ.A.Cd.vDouă
Unde ρ este densitatea fluidului, A este aria secțiunii transversale a obiectului și Cd este coeficientul de rezistență aerodinamică.
Produsul ½ ρ.A.Cd este o constantă aerodinamică numită D, ale cărei unități SI sunt kg / m, prin urmare:
Fatingere = DvDouă
Acest model este mai potrivit atunci când viteza obiectelor este medie sau mare, deoarece mișcarea produce turbulențe sau vârtejuri când trece prin fluid..
O minge de tenis în mișcare și mașini pe autostradă sunt exemple de obiecte pe care acest model le merge destul de bine..
Forța vâscoasă apare deoarece solidul trebuie să împingă straturile de fluid pentru a se deplasa prin el. Existența mai multor modele se datorează faptului că această forță depinde de mai mulți factori, precum vâscozitatea fluidului, viteza și forma obiectului..
Există obiecte mai aerodinamice decât altele și multe sunt concepute exact astfel încât rezistența mediului să reducă viteza la minimum.
Indice articol
Orice persoană sau obiect care se mișcă într-un fluid experimentează neapărat rezistență din mediu, dar aceste efecte sunt adesea neglijate pentru aplicații simple, cum ar fi căderea liberă..
În declarațiile privind aproape toate problemele de cădere liberă, se observă că efectele rezistenței la aer sunt neglijate. Acest lucru se datorează faptului că aerul este un fluid destul de „subțire” și de aceea ne așteptăm ca fricțiunea pe care o oferă nu este semnificativă..
Dar există și alte mișcări în care frecarea vâscoasă are o influență mai decisivă, să vedem câteva exemple:
-O piatră care este aruncată vertical într-un tub umplut cu ulei experimentează o forță care se opune coborârii sale, datorită rezistenței fluidului.
-Boabele de polen sunt foarte mici, astfel încât pentru ele rezistența la aer nu este neglijabilă, deoarece datorită acestei forțe este că reușesc să rămână pe linia de plutire mult timp, provocând alergii sezoniere..
-În cazul înotătorilor, aceștia poartă un capac și se bărbieresc complet, astfel încât rezistența apei să nu le reducă viteza..
-La fel ca înotătorii, călăreții cu cronometru experimentează rezistența la aer, prin urmare căștile au design aerodinamic pentru a îmbunătăți eficiența.
La fel, poziția ciclistului în cadrul unui grup concurent este relevantă. Cel care conduce marșul primește în mod evident cea mai mare rezistență la aer, în timp ce pentru cei care închid marșul este aproape nul.
-Odată ce un parașutist deschide parașuta, el este expus fricțiunii vâscoase a aerului, modelul cel mai potrivit fiind cel cu pătratul vitezei. În acest fel își reduce viteza și, deoarece fricțiunea se opune căderii, atinge o valoare limită constantă.
-Pentru autoturisme, coeficientul de rezistență aerodinamică, o constantă care se determină experimental și suprafața pe care o prezintă împotriva vântului, sunt factorii determinanți pentru reducerea rezistenței aerului și reducerea consumului de combustibil. De aceea sunt proiectate cu parbrize înclinate.
-În experimentul picăturii de ulei Millikan, fizicianul Robert Millikan a studiat mișcarea picăturilor de ulei în mijlocul unui câmp electric uniform, concluzionând că orice sarcină electrică este un multiplu al sarcinii electronice..
Pentru aceasta, a fost necesar să se cunoască raza picăturilor, care nu a putut fi determinată prin măsurare directă, având în vedere dimensiunea lor mică. Dar în acest caz fricțiunea vâscoasă a fost semnificativă și picăturile au ajuns să fie oprite. Acest fapt a permis să se determine raza picăturilor și ulterior încărcarea lor electrică.
În ecuația forței de frecare vâscoasă la viteză mică:
Fatingere = Γv
a) Ce dimensiuni ar trebui să aibă coeficientul de frecare vâscos γ?
b) Care sunt unitățile lui γ în sistemul internațional de unități?
Spre deosebire de coeficienții de frecare statică sau frecare cinetică, coeficientul de frecare vâscos are dimensiuni, care trebuie să fie:
Forța / viteza
Forța are dimensiuni de masă x lungime / timpDouă, în timp ce cele de viteză sunt lungime / timp. Notându-le după cum urmează:
-Masă: M
-Lungime: L
-Timp: T
Dimensiunile coeficientului de frecare vâscos γ sunt:
[M.L / TDouă] / [L / T] = [M.L.T / L.TDouă] = M / T
În SI, unitățile lui γ sunt kg / s
Luând în considerare rezistența apei, găsiți o expresie a vitezei terminale a unei sfere metalice care este aruncată vertical într-un tub umplut cu ulei, în cazurile:
a) Viteză redusă
b) Viteză mare
Figura arată schema corpului liber, care prezintă cele două forțe care acționează asupra sferei: greutatea în jos și rezistența fluidului, proporțională cu viteza, în sus. A doua lege a lui Newton pentru această moțiune prevede următoarele:
γvt - mg = 0
Unde Vt este viteza terminalului, dată de:
vt = mg / γ
Dacă presupunem viteze medii până la mari, modelul adecvat este cel cu viteza la pătrat:
Fatingere = ½ ρ.A.Cd.vDouă
Atunci:
½ ρ.A.Cd.vDouă - mg = 0
D.vDouă - mg = 0
v = √ [mg / D]
În ambele situații, cu cât masa obiectului este mai mare, cu atât este mai mare viteza sa terminală..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.