De tyktflytende friksjon Det oppstår når en fast gjenstand beveger seg midt i en væske - en gass eller en væske. Det kan modelleres som en kraft som er proporsjonal med det negative av objektets hastighet eller kvadratet av det.
Bruken av den ene eller den andre modellen avhenger av visse forhold, for eksempel hvilken type væske objektet beveger seg i, og om det er veldig raskt. Den første modellen er kjent som lineær motstand, og i den størrelsen på den viskøse friksjonen Fta på er gitt av:
Fta på = Γv
Her er y konstanten av proporsjonalitet eller koeffisient for viskøs friksjon, og v er objektets hastighet. Den gjelder for organer som beveger seg ved lave hastigheter i væsker med et laminært regime.
I den andre modellen, kjent som kvadratisk motstand eller Rayleighs lov, beregnes størrelsen på friksjonskraften i henhold til:
Fta på = ½ ρ.A.Cd.vto
Der ρ er væskens tetthet, er A tverrsnittsarealet til objektet og Cd er koeffisienten til aerodynamisk luftmotstand.
Produktet ½ ρ.A.Cd er en aerodynamisk konstant kalt D, hvis SI-enheter er kg / m, derfor:
Fta på = Dvto
Denne modellen er mer hensiktsmessig når hastigheten på gjenstandene er middels eller høy, siden bevegelsen gir turbulens eller virvel når den passerer gjennom væsken..
En tennisball i bevegelse og biler på motorveien er eksempler på gjenstander denne modellen gjør ganske bra på..
Den viskøse kraften oppstår fordi det faste stoffet må skyve lagene av væske fra hverandre for å bevege seg gjennom det. Eksistensen av flere modeller skyldes at denne kraften avhenger av flere faktorer, som viskositeten til væsken, hastigheten og formen på objektet..
Det er objekter som er mer aerodynamiske enn andre, og mange er designet nøyaktig slik at motstanden til mediet reduserer hastigheten til et minimum.
Artikkelindeks
Enhver person eller gjenstand som beveger seg i en væske, opplever nødvendigvis motstand fra miljøet, men disse effektene blir ofte neglisjert for enkle applikasjoner som fritt fall..
I uttalelsene til nesten alle problemer med fritt fall bemerkes det at effekten av luftmotstand blir neglisjert. Dette er fordi luft er en ganske "tynn" væske, og det er derfor vi forventer at friksjonen den gir ikke er betydelig..
Men det er andre bevegelser der den viskøse friksjonen har en mer avgjørende innflytelse, la oss se noen eksempler:
-En stein som faller vertikalt ned i et oljefylt rør opplever en kraft som motarbeider nedstigningen, takket være væskens motstand.
-Pollenkorn er veldig små, så for dem er luftmotstanden ikke ubetydelig, fordi takket være denne kraften er det at de klarer å holde seg flytende i lang tid og forårsake sesongmessige allergier..
-Når det gjelder svømmere, bruker de en hette og barberer seg helt slik at motstanden til vannet ikke reduserer hastigheten..
-Som svømmere opplever tidskjørere luftmotstand, derfor har hjelmer aerodynamisk design for å forbedre effektiviteten.
Likeledes er syklistens posisjon innenfor en konkurrerende gruppe relevant. Den som leder marsjen mottar tydeligvis den største luftmotstanden, mens det for de som lukker marsjen er nesten null.
-Når en fallskjermhopper åpner fallskjermen, blir han utsatt for den viskøse luftfriksjonen, og den mest passende modellen er den med hastighetenes kvadrat. På denne måten reduserer den hastigheten, og når friksjonen motarbeider fallet, når den en konstant grenseverdi.
-For biler er koeffisienten for aerodynamisk luftmotstand, en konstant som bestemmes eksperimentelt, og overflaten den presenterer mot vinden, de avgjørende faktorene for å redusere luftmotstanden og redusere drivstofforbruket. Derfor er de designet med skrånende frontruter.
-I Millikan oljedråpeforsøk studerte fysikeren Robert Millikan bevegelsen av oljedråper midt i et jevnt elektrisk felt, og konkluderte med at enhver elektrisk ladning er et multiplum av elektronladningen..
For dette var det nødvendig å kjenne dråpenes radius, som ikke kunne bestemmes ved direkte måling, gitt deres lille størrelse. Men i dette tilfellet var den viskøse friksjonen betydelig, og dråpene ble til slutt stoppet. Dette faktum tillot å bestemme dråpenes radius og senere deres elektriske ladning.
I ligningen for den viskøse friksjonskraften ved lav hastighet:
Fta på = Γv
a) Hvilke dimensjoner skal den viskøse friksjonskoeffisienten γ ha?
b) Hva er enhetene til γ i det internasjonale systemet for enheter?
I motsetning til koeffisientene for statisk friksjon eller kinetisk friksjon, har den viskøse friksjonskoeffisienten dimensjoner, som må være:
Kraft / hastighet
Kraft har dimensjoner på masse x lengde / tidto, mens hastighet er lengde / tid. Ved å betegne dem som følger:
-Messe: M
-Lengde: L
-Tid: T
Dimensjonene til den viskøse friksjonskoeffisienten γ er:
[M.L / Tto] / [L / T] = [M.L.T / L.Tto] = M / T
I SI er enhetene til γ kg / s
Med tanke på vannets motstand, finn et uttrykk for terminalhastigheten til en metallisk kule som faller vertikalt i et rør fylt med olje, i tilfellene:
a) Lav hastighet
b) Høy hastighet
Figuren viser frikroppsdiagrammet, som viser de to kreftene som virker på sfæren: vekten nedover og motstanden til væsken, proporsjonal med hastigheten, oppover. Newtons andre lov for denne bevegelsen sier følgende:
γvt - mg = 0
Hvor Vt er terminalhastigheten, gitt av:
vt = mg / γ
Hvis vi antar middels til høye hastigheter, er den aktuelle modellen den med hastigheten i kvadrat:
Fta på = ½ ρ.A.Cd.vto
Deretter:
½ ρ.A.Cd.vto - mg = 0
D.vto - mg = 0
v = √ [mg / D]
I begge situasjoner, jo større massen til objektet, jo større er terminalhastigheten..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.