Viskøs friksjon (kraft) koeffisient og eksempler

De Viskøs friksjon Det oppstår når en fast gjenstand beveger seg midt i en væske -gass eller en væske-. Det kan modelleres som en kraft proporsjonal med det negative hastigheten på objektet eller firkantet.

Bruken av en eller annen modell avhenger av visse forhold, for eksempel typen væske som objektet flyttes i og om det er veldig raskt eller ikke. Den første modellen er kjent som Lineær motstand, og i den størrelsen på tyktflytende friksjon f_{ta på} Det er gitt av:

F_{ta på} = ΓV

Figur 1. Paracharidists opplever viskøs kraft under deres nedstigning, siden luft gir motstand. Kilde: Pixabay.

Her er y proporsjonaliteten eller koeffisienten for viskøs friksjon, og V er gjenstandens hurtighet. Det er aktuelt for kropper som beveger seg med lave væskehastigheter med laminært regime.

I den andre modellen, kjent som Kvadratisk motstand o Rayleights lov, størrelsen på friksjonskraften beregnes i henhold til:

F_{ta på} = ½ ρ.TIL.C_d.v²

Der ρ er tettheten av væsken, er a det kryssende området til objektet og C_d Det er den aerodynamiske resistenskoeffisienten.

Produktet ½ ρ.TIL.C_d  Det er en konstant aerodynamikk kalt D, hvis enheter er kg/m, derfor:

F_{ta på} = DV²

Denne modellen er mer passende når hastigheten på objekter er middels eller høy, siden bevegelsen produserer turbulens eller virvler i banen i væsken.

En bevegelig tennisball og bilene på motorveien er eksempler på gjenstander der denne modellen fungerer ganske bra.

Viskosekraften oppstår fordi det faste stoffet må ta væskelagene for å kunne bevege seg gjennom det. Eksistensen av flere modeller skyldes at denne kraften avhenger av flere faktorer, for eksempel viskositeten til væsken, hastigheten og formen på objektet.

Kan tjene deg: det som er relativ permeabilitet?

Det er flere aerodynamiske objekter enn andre, og mange er designet nettopp slik at midten av midten reduserer hastigheten til et minimum.

[TOC]

Eksempler på viskosefriksjon

Enhver person eller gjenstand som beveger seg i en væske, opplever nødvendigvis motstand fra miljøet, men mange ganger blir disse effektene foraktet for enkle applikasjoner som fritt fall.

I uttalelsene om nesten alle frie fallproblemer, bemerkes det at effekten av luftmotstand forakter seg selv. Dette er fordi luft er en ganske "tynn" væske, og det er grunnen til at vi håper at friksjonen den ikke tilbyr betydelig.

Men det er andre bevegelser der viskøs friksjon har en mer avgjørende innflytelse, la oss se noen eksempler:

Steiner som faller i vann og pollenkorn

-En stein som faller vertikalt inn i et rør fullt av oljeopplevelser en kraft som motsetter seg dens nedstigning, takket være væskemotstand.

-Pollenkornene er veldig små, så for dem er ikke luftmotstanden ubetydelig, for takket være denne styrken klarer de å holde seg flytende i lang tid, noe som forårsaker sesongens allergier.

Figur 2. Pollenkorn er små nok til at luftmotstanden har en betydelig effekt. Kilde: Pikrepo.

Svømmere og syklister

-Når det.

-Som svømmere har syklister i motreloj opplever luftmotstand, følgelig har hjelmer aerodynamiske design for å forbedre effektiviteten.

Også syklistens posisjon i en gruppe i konkurranse er relevant. Den som leder marsjen mottar tydeligvis den største motstanden i luften, mens for de som lukker marsjen, er dette nesten null.

Det kan tjene deg: Andre likevektstilstand: Forklaring, eksempler, øvelser

Paracharidists

-Når en fallskjermjeger åpner fallskjermen, blir den utsatt for den viskøse friksjonen i luften, og er den mest passende modellen som har kvadratet på hastigheten. På denne måten reduserer det hastigheten og når gnidningen er imot fallet, når den en konstant grenseverdi.

Biler

-For biler er den aerodynamiske motstandskoeffisienten, en konstant som bestemmes eksperimentelt og overflaten den presenterer mot vinden, de avgjørende faktorene for å redusere luftmotstanden og redusere forbruket. Det er grunnen til at de er designet med skrå frontruter.

Millikan's Oil Drop -eksperiment

-I Millikan Oil Drop -eksperimentet studerte fysikeren Robert Millikan bevegelsen av oljedråper midt i et enhetlig elektrisk felt, og konkluderte med at enhver elektrisk ladning er flere av elektronbelastningen.

For dette var det nødvendig å kjenne radiusen til dråpene, som ikke kunne bestemmes ved direkte tiltak, gitt dens lille størrelse. Men i dette tilfellet var den tyktflytende friksjonen betydelig og dråpene endte opp med å bremse. Dette faktum tillot å bestemme radiusen til dråpene og deretter den elektriske ladningen.

Øvelser

- Oppgave 1

I ligningen for viskøs friksjonskraft med lav hastighet:

F_{ta på} = ΓV

a) Hvilke dimensjoner skal den tyktflytende friksjonskoeffisienten ha y?

b) Hva er y -enhetene i det internasjonale systemet med enheter?

Løsning på

I motsetning til statiske eller kinetiske friksjonskoeffisienter, har den viskøse friksjonskoeffisienten dimensjoner, som må være:

Kan tjene deg: Fysisk vedheft: Hva er og eksempler

Styrke / hastighet

Kraften har dimensjoner av masse x lengde /tid², Mens hastigheter er lengde/tid. Ved å betegne dem som følger:

-MASS: m

-Lengde: L

-Tid: T

Dimensjonene til den viskøse friksjonskoeffisienten γ er:

[M.L /t²] / [L / t] = [m.L.T / L.T²] = M/t

Løsning b

I SI er y -enhetene kg/s

- Oppgave 2

Når man tar hensyn til motstanden som vann motsetter seg, og finner et uttrykk for terminalhastigheten til en metallfæritt som faller vertikalt i et rør fullt av olje, i tilfeller:

a) Lav hastighet

b) Høy hastighet

Figur 3. Gratis kroppsdiagram over en sfæritt som går ned i en væske. Kilde: Sears, Z. Universitetsfysikk med moderne fysikk.

Løsning på

I figuren vises det frie kroppsdiagrammet, og viser de to kreftene som virker på sfæritten: vekten ned og væskens motstand, proporsjonal med hastigheten, oppover. Newtons andre lov for denne bevegelsen etablerer følgende:

γV_t - mg = 0

Hvor v_t Det er terminalhastigheten, gitt av:

v_t = mg / y

Løsning b

Hvis vi antar at gjennomsnittlig i høye hastigheter, er den aktuelle modellen den med kvadrathastighet:

F_{ta på} = ½ ρ.TIL.C_d.v²

Så:

½ ρ.TIL.C_d.v² - mg = 0

D.v² - mg = 0

v = √ [mg / d]

I begge situasjoner, desto større er massen av objektet, jo større er dens terminalhastighet.

Referanser

1. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning.
2. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. Ed. Volum 1.
3. Tipler, s. (2006) Fysikk for vitenskap og teknologi. 5. utg. Volum 1. Redaksjon tilbake.
4. Tippens, p. 2011. Fysikk: konsepter og applikasjoner. 7. utgave. McGraw Hill
5. Sevilla University. Friksjonskrefter. Gjenopprettet fra: Laplace.oss.er.