Koeficient a príklady viskózneho trenia (sily)

Ten viskózne trenie Vznikne, keď sa pevný predmet pohybuje uprostred plynného plynu alebo kvapaliny-. Môže byť modelovaný ako sila úmerná zápornej rýchlosti objektu alebo štvorca.

Použitie jedného alebo druhého modelu závisí od určitých podmienok, ako je napríklad typ tekutiny, v ktorej sa objekt pohybuje a či je alebo nie je veľmi rýchly. Prvý model je známy ako Lineárny odpor, a v ňom veľkosť viskózneho trenia f_{dotýkať sa} Je daný:

F_{dotýkať sa} = ΓV

postava 1. Paracharidisti zažívajú viskóznu silu počas svojho zostupu, pretože Air ponúka odpor. Zdroj: Pixabay.

Tu je konštanta proporcionality alebo koeficientu viskózneho trenia a V je rýchlosť objektu. Je použiteľná na telá, ktoré sa pohybujú pri nízkych rýchlostiach tekutiny s laminárnym režimom.

V druhom modeli, známy ako Kvadratický odpor o Rayleightov zákon, rozsah trecej sily sa vypočíta podľa:

F_{dotýkať sa} = ½ ρ.Do.C_d.vložka²

Kde ρ je hustota tekutiny, A je krížová oblasť objektu a C_d Je to koeficient aerodynamického odporu.

Produkt ½ ρ.Do.C_d  Je to konštantná aerodynamika nazývaná D, ktorej jednotky sú kg/m, preto:

F_{dotýkať sa} = Dv²

Tento model je vhodnejší, keď je rýchlosť objektov stredná alebo vysoká, pretože pohyb vytvára turbulencie alebo vírenie v jeho ceste v tekutine.

Pohybujúca sa tenisová lopta a autá na diaľnici sú príkladmi objektov, v ktorých tento model funguje celkom dobre.

Viskózová sila vzniká, pretože tuhá látka musí brať tekutinové vrstvy, aby sa cez ňu mohla pohybovať. Existencia niekoľkých modelov je, že táto sila závisí od viacerých faktorov, ako je viskozita tekutiny, rýchlosť a tvar objektu.

Môže vám slúžiť: Čo je relatívna priepustnosť?

Existuje viac aerodynamických objektov ako iné a mnohé sú navrhnuté presne tak, aby odpor stredu znižoval svoju rýchlosť na minimum.

[TOC]

Príklady viskózneho trenia

Každá osoba alebo objekt, ktorý sa pohybuje v tekutine, nevyhnutne zažíva odpor zo životného prostredia, ale mnohokrát sa tieto účinky opovrhujú jednoduchým aplikáciám, ako je napríklad voľný pád.

Vo vyhláseniach takmer všetkých problémov s voľným pádom sa poznamenáva, že účinky odporu vzduchu sa opovrhujú. Je to preto, že vzduch je skôr „tenká“ tekutina, a preto dúfame, že trenie, ktoré ponúka, nie je významné.

Existujú však aj ďalšie pohyby, v ktorých má viskózne trenie rozhodujúci vplyv, pozrime sa na niektoré príklady:

Kamene, ktoré spadajú do vody a peľových zŕn

-Hornina, ktorá zvisle spadne do skúmavky plnej oleja, zažíva silu, ktorá je proti jej zostupu, a to vďaka odporu tekutiny.

-Zrny peľu sú veľmi malé, takže pre nich nie je odpor vzduchu zanedbateľný, pretože vďaka tejto sile sa im podarí zostať nad vodou po dlhú dobu, čo spôsobuje sezónne alergie.

Obrázok 2. Zrná peľu sú dostatočne malé na to, aby odolnosť proti vzduchu mali významný účinok. Zdroj: Pikrepo.

Plavci a cyklisti

-V prípade plavcov používajú klobúk a úplne sa oholia tak, aby odpor vody neodčítava rýchlosť.

-Rovnako ako plavci, aj cyklisti v Counterreloj zažívajú odolnosť proti vzduchu, a preto majú prilby aerodynamické návrhy na zlepšenie efektívnosti.

Postavenie cyklistov v rámci skupiny v súťaži je relevantné. Ten, kto vedie pochod, evidentne dostáva najväčší odpor vzduchu, zatiaľ čo pre tých, ktorí zatvárajú pochod, je to takmer nulové.

Môže vám slúžiť: Druhá rovnovážna podmienka: Vysvetlenie, príklady, cvičenia

Paracharidista

-Akonáhle paratrooper otvorí padák, je vystavený viskóznym trením vzduchu, ktorý je najvhodnejším modelom, ktorý má štvorec rýchlosti. Týmto spôsobom znižuje svoju rýchlosť a keďže trenie je proti pádu, dosahuje konštantnú limitnú hodnotu.

Autá

-V prípade automobilov je určujúcim faktorom na zníženie odporu vzduchu a zníženie spotreby konštanty, ktorá je experimentálne a povrch, ktorý predstavuje proti vetru, konštanta, ktorá sa stanoví experimentálne a povrch, ktorý predstavuje proti vetru, na zníženie odporu vzduchu a zníženie spotreby. Preto sú navrhnuté s naklonenými čelnými sklami.

Millikan's Oil Drop Experiment

-V experimente s kvapkou oleja Millikan, fyzik Robert Millikan študoval pohyb olejových kvapiek uprostred jednotného elektrického poľa, pričom dospel k záveru, že akýkoľvek elektrický náboj je viacnásobný zaťaženie elektrónom.

Z tohto dôvodu bolo potrebné poznať polomer kvapiek, ktoré nebolo možné určiť priamym opatrením vzhľadom na jeho malú veľkosť. Ale v tomto prípade bolo viskózne trenie významné a kvapky nakoniec brzdili. Táto skutočnosť umožnila určiť polomer kvapiek a potom jeho elektrický náboj.

Cvičenia

- Cvičenie 1

V rovnici pre viskóznu trennú silu pri nízkej rýchlosti:

F_{dotýkať sa} = ΓV

a) Aké rozmery by mal mať viskózny koeficient trenia γ?

b) Aké sú γ jednotky v medzinárodnom systéme jednotiek?

Roztok

Na rozdiel od statických alebo kinetických koeficientov trenia, viskózny koeficient trenia má rozmery, ktoré musia byť:

Môže vám slúžiť: fyzická adhézia: čo je a príklady

Pevnosť / rýchlosť

Sila má rozmery hmotnosti x dĺžky /čas², zatiaľ čo rýchlosti sú dĺžky/čas. Označením ich nasledovne:

-Hmotnosť: M

-Dĺžka: l

-Čas: t

Rozmery viskózneho koeficientu trenia γ sú:

[M.L /t²] / [L / t] = [m.L.T / l.Tón²] = M/t

Riešenie B

V SI sú γ jednotky kg/s

- Cvičenie 2

Berúc do úvahy odpor, ktorému voda oponuje, nájdenie výrazu pre koncovú rýchlosť kovového sféru, ktorý vertikálne spadne do skúmavky plnej oleja, v prípadoch:

a) Nízka rýchlosť

b) vysoká rýchlosť

Obrázok 3. Diagram voľného tela sféru, ktorý zostupuje vo vnútri tekutiny. Zdroj: Sears, z. Fyzika univerzity s modernou fyzikou.

Roztok

Na obrázku sa objaví diagram voľného tela, ktorý ukazuje dve sily, ktoré pôsobia na sférte: hmotnosť nadol a odpor kvapaliny, úmerná rýchlosti, smerom nahor. Newtonov druhý zákon pre toto hnutie zakladá nasledujúce:

γV_tón - mg = 0

Kde v_tón Je to rýchlosť terminálu, daná:

vložka_tón = mg / γ

Riešenie B

Ak predpokladáme priemer pri vysokých rýchlostiach, vhodným modelom je model s štvorcovou rýchlosťou:

F_{dotýkať sa} = ½ ρ.Do.C_d.vložka²

Tak:

½ ρ.Do.C_d.vložka² - mg = 0

D.vložka² - mg = 0

v = √ [mg / d]

V obidvoch situáciách, čím väčšia je hmotnosť objektu, tým väčšia je rýchlosť jeho terminálu.

Odkazy

1. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 1. 7. Edimatizovať. Učenie sa.
2. Sears, Zemansky. 2016. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. Edimatizovať. Zväzok 1.
3. Tipler, P. (2006) Fyzika pre vedu a techniku. 5. vydanie. Zväzok 1. Redaktor sa vrátil.
4. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill
5. Univerzita. Trecie sily. Získané z: Laplace.my.je.