De stroperige wrijving Het ontstaat wanneer een vast object in het midden van een vloeistof beweegt - een gas of een vloeistof. Het kan worden gemodelleerd als een kracht die evenredig is met het negatief van de snelheid van het object of met het kwadraat ervan.
Het gebruik van het ene of het andere model hangt af van bepaalde omstandigheden, zoals het soort vloeistof waarin het object beweegt en of het al dan niet erg snel is. Het eerste model staat bekend als lineaire weerstand, en daarin de grootte van de viskeuze wrijving Faanraken is gegeven door:
F.aanraken = Γv
Hier is γ de evenredigheidsconstante of viskeuze wrijvingscoëfficiënt en v is de snelheid van het object. Het is van toepassing op lichamen die met lage snelheden bewegen in vloeistoffen met een laminair regime.
In het tweede model, bekend als kwadratische weerstand of de wet van Rayleigh, wordt de grootte van de wrijvingskracht berekend volgens:
F.aanraken = ½ ρ.A.Cd.vtwee
Waar ρ de dichtheid van de vloeistof is, A de dwarsdoorsnede van het object en Cd is de luchtweerstandscoëfficiënt.
Het product ½ ρ.A.Cd is een aerodynamische constante genaamd D, waarvan de SI-eenheden kg / m zijn, daarom:
F.aanraken = Dvtwee
Dit model is geschikter wanneer de snelheid van de objecten gemiddeld of hoog is, aangezien de beweging turbulentie of wervelingen veroorzaakt wanneer deze door de vloeistof gaat..
Een bewegende tennisbal en auto's op de snelweg zijn voorbeelden van objecten waar dit model het goed mee doet..
De stroperige kracht ontstaat doordat de vaste stof de vloeistoflagen uit elkaar moet duwen om erdoorheen te bewegen. Het bestaan van meerdere modellen is te wijten aan het feit dat deze kracht afhankelijk is van meerdere factoren, zoals de viscositeit van de vloeistof, de snelheid en vorm van het object..
Er zijn objecten die aerodynamischer zijn dan andere en veel zijn zo ontworpen dat de weerstand van het medium de snelheid tot een minimum beperkt.
Artikel index
Elke persoon of elk object dat in een vloeistof beweegt, ervaart noodzakelijkerwijs weerstand van de omgeving, maar deze effecten worden vaak genegeerd voor eenvoudige toepassingen zoals vrije val..
In de opgaven van bijna alle vrije valproblemen wordt opgemerkt dat de effecten van luchtweerstand worden verwaarloosd. Dit komt omdat lucht een vrij ‘dunne’ vloeistof is en daarom verwachten we dat de wrijving die het biedt niet significant is..
Maar er zijn andere bewegingen waarbij de stroperige wrijving een meer doorslaggevende invloed heeft, laten we eens kijken naar enkele voorbeelden:
-Een rots die verticaal in een met olie gevulde buis valt, ervaart een kracht die de afdaling tegenwerkt, dankzij de weerstand van de vloeistof.
-Stuifmeelkorrels zijn erg klein, dus voor hen is de luchtweerstand niet te verwaarlozen, want dankzij deze kracht is het dat ze lang kunnen blijven drijven en seizoensgebonden allergieën veroorzaken..
-In het geval van zwemmers dragen ze een pet en scheren ze zich volledig zodat de weerstand van het water hun snelheid niet vermindert..
-Net als zwemmers ervaren tijdrijders luchtweerstand, daarom hebben helmen aerodynamische ontwerpen om de efficiëntie te verbeteren.
Evenzo is de positie van de fietser binnen een wedstrijdgroep relevant. Degene die de mars leidt, krijgt kennelijk de grootste luchtweerstand, terwijl het voor degenen die de mars sluiten bijna nul is.
-Zodra een skydiver de parachute opent, wordt hij blootgesteld aan de stroperige wrijving van de lucht, het meest geschikte model is het model met het kwadraat van de snelheid. Op deze manier verlaagt het zijn snelheid en omdat de wrijving de val tegenwerkt, bereikt het een constante grenswaarde.
-Voor auto's zijn de luchtweerstandscoëfficiënt, een constante die experimenteel wordt bepaald, en het oppervlak dat het presenteert tegen de wind in, de bepalende factoren om de luchtweerstand te verminderen en het brandstofverbruik te verminderen. Daarom zijn ze ontworpen met schuin aflopende voorruiten.
-In het Millikan-oliedruppelexperiment bestudeerde natuurkundige Robert Millikan de beweging van oliedruppels in het midden van een uniform elektrisch veld, en concludeerde dat elke elektrische lading een veelvoud is van de elektronenlading..
Hiervoor was het noodzakelijk om de straal van de druppels te kennen, die gezien hun kleine formaat niet kon worden bepaald door directe meting. Maar in dit geval was de stroperige wrijving aanzienlijk en werden de druppels uiteindelijk gestopt. Dit feit maakte het mogelijk om de straal van de druppels en later hun elektrische lading te bepalen.
In de vergelijking voor de stroperige wrijvingskracht bij lage snelheid:
F.aanraken = Γv
a) Welke afmetingen moet de viskeuze wrijvingscoëfficiënt γ hebben?
b) Wat zijn de eenheden van γ in het internationale systeem van eenheden?
In tegenstelling tot de coëfficiënten van statische wrijving of kinetische wrijving, heeft de viskeuze wrijvingscoëfficiënt afmetingen, die moeten zijn:
Kracht / snelheid
Kracht heeft afmetingen van massa x lengte / tijdtwee, terwijl die van snelheid lengte / tijd zijn. Door ze als volgt aan te duiden:
-Massa: M.
-Lengte: L.
-Tijd: T
De afmetingen van de viskeuze wrijvingscoëfficiënt γ zijn:
[M.L / Ttwee] / [L / T] = [M.L.T / L.Ttwee] = M / T
In SI zijn de eenheden van γ kg / s
Houd rekening met de weerstand van het water en zoek een uitdrukking voor de eindsnelheid van een metalen bol die verticaal in een met olie gevulde buis valt, in de gevallen:
a) Lage snelheid
b) Hoge snelheid
De figuur toont het free-body-diagram, dat de twee krachten toont die op de bol inwerken: het gewicht naar beneden en de weerstand van de vloeistof, evenredig met de snelheid, naar boven. De tweede wet van Newton voor deze motie stelt het volgende:
γvt - mg = 0
Waar Vt is de eindsnelheid, gegeven door:
vt = mg / γ
Als we gemiddelde tot hoge snelheden aannemen, is het juiste model het model met de snelheid in het kwadraat:
F.aanraken = ½ ρ.A.Cd.vtwee
Dan:
½ ρ.A.Cd.vtwee - mg = 0
D.vtwee - mg = 0
v = √ [mg / D]
In beide situaties, hoe groter de massa van het object, hoe groter de eindsnelheid..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.