Sleepkoëffisiënt en snelheid: verwantskap, verskillende aspekte en feite


Die sleep is 'n krag wat geassosieer word met die voorwerp wat in 'n vloeibare omgewing beweeg. Sleepkrag word gespesifiseer deur 'n dimensielose entiteit genaamd sleepkoëffisiënt, wat help om die aard van die beweging in die vloeistof te beskryf.

Die weerstandskoëffisiënt definieer altyd die weerstand aangebied aan die voorwerp onder beweging in 'n vloeistof. Aangesien die voorwerp onder beweging 'n sekere snelheid besit, is die sleepkoëffisiënt en snelheid verwant is. Hierdie pos verduidelik kortliks die verband tussen sleepkoëffisiënt en snelheid in verskeie aspekte.

Verwantskap tussen sleepkoëffisiënt en snelheid

Sleepkoëffisiënt CD word altyd gedefinieer deur die terme soos digtheid van die vloeistof, verwysingsarea van deursnee van die voorwerp, snelheid en die Reynolds-getal te gebruik; dus kan die verband tussen die sleepkoëffisiënt en snelheid geskryf word deur die vergelyking te gebruik.

CD=2FD/v2

Waar FD die sleepkrag is, is ρ die massadigtheid van die vloeistof; A is die verwysingsarea, en v is die relatiewe snelheid van die voorwerp in die vloeistof.

Uit die bogenoemde uitdrukking, die verband tussen die sleepkoëffisiënt CD en relatiewe snelheid v word gegee as

CD∝ 1/v2

Bogenoemde uitdrukking beteken dat 'n vierkante toename in snelheid die sleepkoëffisiënt verlaag. Sleepkoëffisiënt en snelheid is dus omgekeerd verwant aan mekaar.

sleepkoëffisiënt en snelheid
Illustrasie van Sleepkoëffisiënt en snelheid

Sleepkrag en snelheid verhouding

Die sleepkrag vertraag altyd die vloei van die voorwerp in die vloeistof. Soos die snelheid toeneem, verander die sleepkrag wat daarmee geassosieer word proporsioneel. Die sleepkrag wat op die voorwerp in 'n vloeistof inwerk word gegee deur

FD=1/2 CDv2

Uit die bogenoemde vergelyking, in vloeimeganika, word die verband tussen weerstand en snelheid verduidelik deur die voorwerp se spoed as lae en hoë spoed te beskou. Die sleepkrag verskil verskillend vir lae en hoë snelhede.

Vir laespoedvloei is die sleepkrag eweredig aan die snelheid wat deur

FD∝ v

Vir hoëspoedvloei is die sleepkrag eweredig aan die kwadraat van die snelheid gegee as

FD∝ v2

Hoe beïnvloed snelheid sleep?

Die afhanklikheid van die sleuring op die kwadraat van die snelheid is redelik natuurlik in die vloeistofdinamika, aangesien die snelheid 'n mate van afwyking in die sleur toon wanneer dit verander.

Die voorwerp wat in die vloeistof dryf word geassosieer met verdubbeling van snelheid – dit beteken dat as die snelheid tot sy kwadraatwaarde verhoog word, die weerstand verviervoudig toeneem. Die viervoudige toename in die sleur is te wyte aan ander entiteite wat met die sleur geassosieer word. Die effek van snelheid op sleep word gegee deur

D∝ v2

Dus kan ons bogenoemde proporsionaliteit skryf as

D=konstante×v2

Die konstante in die uitdrukking hierbo word beskou met die digtheid, oppervlakte en sleepkoëffisiënt wat met die sleep geassosieer word.

Dus soos die relatiewe snelheid vermeerder tot sy vierkantige waarde, verhoog die sleep met vier keer.

Sleepkrag en hoeksnelheid

Hoeksnelheid word altyd geassosieer met die roterende beweging van die voorwerp. Om sleepkrag met die hoeksnelheid te beskryf, moet ons lineêre sleep-uitdrukking oorweeg; dit word hieronder gegee:

FD=1/2 CDv2

Ons praat egter van rotasiebeweging, die wringkrag verband hou met die sleepkrag gegee as

τ ∝ rv2

Aangesien die beweging rotasiebeweging is, kan die hoeksnelheid van die voorwerp dus in verband gebring word met die lineêre snelheid as

v=ω×r, waar r die radius van die rotasiebaan is en ω die hoeksnelheid is wat met die roterende voorwerp geassosieer word.

Beeldkrediete: Beeld deur dag 1971 van Pixabay 

Deur die waarde van v te vervang, kry ons

τ ∝ r3 ω2

Uit die bogenoemde uitdrukking, die sleep krag is gelykstaande aan die wringkrag wat op die roterende voorwerp inwerk.

Dus kan die sleepkrag geskryf word as

FD=1/2 CDr3 ω2

Sleepkrag en terminale snelheid

Wanneer 'n voorwerp vry uit die vloeistof val, word die maksimum snelheid wat deur die voorwerp verkry word, terminale snelheid genoem.

Beskou 'n voorbeeld van 'n valskermspringer; wanneer hy duik, val hy onder die invloed van swaartekrag. Daar is twee kragte wat op die duiker inwerk, een is swaartekrag, en nog een is sleepkrag. Soos die snelheid van die duiker egter toeneem, word die grootte van die sleepkrag ook verhoog totdat dit gelyk is aan die grootte van gravitasiekrag.

Beeldkrediete: Beeld deur Dimitris Vetsikas van Pixabay 

Soos die grootte van sleep en gravitasiekrag gelyk word, word die netto krag wat op die duiker inwerk, tot niet gemaak, wat die versnelling ook nul maak. In hierdie geval het die duiker die konstante snelheid terminale snelheid genoem.

Verwantskap tussen sleepkrag en terminale snelheid

In die vorige afdeling het ons die verband tussen die sleepkoëffisiënt en snelheid en sleepkrag en hoeksnelheid bespreek. Net so is die verband tussen die sleepkrag en die terminale snelheid kan gegee word deur die vallende voorwerp in ag te neem.

Sleepkrag en terminale snelheid verhouding

Soos ons weet, wanneer die voorwerp die terminale snelheid bereik, ervaar dit twee kragte, sleep en gravitasiekrag. Die gravitasiekrag kan gegee word as gewig van die voorwerp. Die netto krag word dus gegee deur

Fnetto=WFD, waar W=mg

Soos die voorwerp eindspoed bereik, sal die netto krag Fnetto=ma=0

So FD=W=mg

Deur die bogenoemde vergelyking te vervang, kry ons

FD=1/2 CDVT2

mg=1/2 CDVT2

As ons die terme herrangskik, kry ons terminale snelheid as

vT2=2mg/CD

vT=√2mg/CD

Wat is sleepkrag?

Daar is altyd 'n belemmeringskrag wat op die bewegende voorwerp inwerk, wat weerstand bied teen die beweging.

Sleep krag word uitgeoefen op die bewegende voorwerp in die vloeistof (vloeistof of gas). Dit kan gedefinieer word as die krag wat inwerk op die soliede voorwerp wat in 'n vloeistof beweeg wat teenoor die relatiewe beweging van die vloeistof uitgeoefen word.

Probleme opgelos oor sleepkrag, sleepkoëffisiënt en snelheid

Die sleepkrag wat op 'n liggaam inwerk is 235N, die digtheid word gegee as 1.11kg/m3, en die deursnee-area van die liggaam is 2.33m2. Die liggaam se sleepkoëffisiënt word as 0.14 bereken, dus die liggaam se snelheid word bereken.

Oplossing:

Die sleepkrag FD= 235N

Digtheid ρ=1.11kg/m3.

Deursnee is A=2.33m2

Sleepkoëffisiënt CD= 0.14

Die snelheid van die liggaam

v=√2FD/CD

v= √2(235)/(0.14) * 1.11 Aρ

v=36.02m/s.

Bereken die sleepkrag van 'n voorwerp wat in 'n sirkelbaan met 'n radius van 3m in die lug roteer met 'n spoed van 12m/s. Die oppervlakte van deursnee is 3.4m2, en die sleepkoëffisiënt is 0.55.

Oplossing:

Sleepkoëffisiënt CD= 0.55

Radius van die pad r=3m

Deursnee area A=3.4m2

Hoeksnelheid ω=12m/s

Digtheid van lug ρ=1.21kg/m3

FD=1/2 CDr3 ω2

FD=1/2 * 0.55 * 33 * 122* 3.4* 1.21

FD= 4.3 × 103N

'n Duiker met 'n massa van 79 kg duik van die valskerm af. Die sleepkoëffisiënt van die duiker word as 0.73 gegee, en die oppervlakte van die deursnee word as 0.17m beskou2. Bereken die terminale snelheid van die duiker.

Oplossing:

Gegee –massa van die duiker m=79kg

Sleepkoëffisiënt CD= 0.73

Oppervlakte van deursnee A=0.17m2

Uit die bogenoemde data kan die terminale snelheid gegee word as

vT=√2mg/CD

Die digtheid van lug ρ=1.21kg/m3

Versnelling as gevolg van swaartekrag g=9.8m/s2

vT=√2(79*9.8)/0.73*0.17*1.21

vT=101.600m/s.

Keerthi Murthi

Ek is Keerthi K Murthy, ek het nagraadse studie in Fisika voltooi, met die spesialisasie in die veld van vastestoffisika. Ek beskou fisika nog altyd as 'n fundamentele vak wat aan ons daaglikse lewe gekoppel is. As 'n wetenskapstudent geniet ek dit om nuwe dinge in fisika te verken. As skrywer is my doel om die lesers op die vereenvoudigde wyse deur my artikels te bereik. Bereik my – keerthikmurthy24@gmail.com

Onlangse plasings