Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.

Вязкое трение и сопротивление среды

Содержание:

Отличие вязкого трения от сухого заключается в том, что оно способно обращаться в ноль одновременно со скоростью. Даже при малой внешней силе может быть сообщена относительная скорость слоям вязкой среды.

Сила сопротивления при движении в вязкой среде

Замечание 1

Кроме сил трения при движении в жидких и газообразных средах возникают силы сопротивления среды, которые проявляются намного значительней, чем силы трения.

Поведение жидкости и газа по отношению к проявлениям сил трения не отличаются. Поэтому, приведенные ниже характеристики, относят к обоим состояниям.

Определение 1

Действие силы сопротивления, возникающей при движении тела в вязкой среде, обусловлено ее свойствами:

  • отсутствие трения покоя, то есть передвижение плавающего многотонного корабля при помощи каната;
  • зависимость силы сопротивления от формы движущегося тела, иначе говоря, от ее обтекаемости для уменьшения сил сопротивления;
  • зависимость абсолютной величины силы сопротивления от скорости.

Сила вязкого трения

Определение 2

Существуют определенные закономерности, которым подчинены и силы трения и сопротивления среды с условным обозначением суммарной силы силой трения. Ее величина находится в зависимости от:

  • формы и размеров тела;
  • состояния его поверхности;
  • скорости относительно среды и ее свойства, называемого вязкостью.

Для изображения зависимости силы трения от скорости тела по отношению к среде используют график рисунка 1.

Сила вязкого трения

Рисунок 1. График зависимости силы трения от скорости по отношению к среде

Если значение скорости мало, то сила сопротивления прямо пропорциональна относительно υ, а сила трения линейно увеличивается со скоростью:

Fтр=-k1υ (1).

Наличие минуса означает направление силы трения в противоположную сторону относительно направления скорости.

При большом значении скорости происходит переход линейного закона в квадратичный, то есть рост силы трения пропорционально квадрату скорости:

Fтр=-k2υ2 (2).

Если в воздухе уменьшается зависимость силы сопротивления от квадрата скорости, говорят о скоростях со значениями нескольких метров в секунду.

Величина коэффициентов трения k1 и k2 находится в зависимости от формы, размера и состояния поверхности тела и вязких свойств среды.

Пример 1

Если рассматривать затяжной прыжок парашютиста, то его скорость не может постоянно увеличиваться, в определенный момент начнется ее спад, при котором сила сопротивления приравняется к силе тяжести.

Значение скорости, при котором закон (1) производит переход в (2), зависит от тех же причин.

Пример 2

Происходит падение двух различных по массе металлических шариков с одной и той же высоты с отсутствующей начальной скоростью. Какой из шаров упадет быстрее?

Дано: m1, m2, m1>m2

Решение

Во время падения оба тела набирают скорость. В определенный момент движение вниз производится с установившейся скоростью, при которой значение силы сопротивления (2) приравнивается силе тяжести:

Fтр=k2υ2=mg.

Получаем установившуюся скорость по формуле:

υ2=mgk2.

Следовательно, тяжелый шарик обладает большей установившейся скоростью падения, чем легкий. Поэтому достижение земной поверхности произойдет быстрее.

Ответ: тяжелый шарик быстрее достигнет земли.

Пример 3

Парашютист летит со скоростью 35 м/с до раскрытия парашюта, а после – со скоростью 8 м/с. Определить силу натяжения строп при раскрытии парашюта. Масса парашютиста 65 кг, ускорение свободного падения 10 м/с2. Обозначить пропорциональность Fтр относительно υ.

Дано: m1=65 кг, υ1=35 м/с, υ2=8 м/с.

Найти: T - ?

Решение

Сила вязкого трения

Рисунок 2

Перед раскрытием парашютист обладал скоростью υ1=35 м/с, то есть его ускорение было равным нулю.

По второму закону Ньютона получаем:

0=mg-kυ1.

Очевидно, что

k=mgυ1.

После того, как парашют раскрылся, его υ меняется и становится равной υ2=8 м/с. Отсюда второй закон Ньютона примет вид:

0-mg-kυ2-T.

Для нахождения силы натяжения строп необходимо преобразовать формулу и подставить значения:

T=mg1-υ2υ1500 Н.

Ответ: T=500 Н.

Навигация по статьям

Выполненные работы по ветеринарии
  • Ветеринария

    тема Классическая чума свиней предмет потологическая анатомия по ветеринарии

    • Вид работы:

      Курсовая работа

    • Выполнена:

      10 февраля 2022 г.

    • Стоимость:

      3 000 руб

    Заказать такую же работу
  • Медицина

    Сахарозаменители польза и вред

    • Вид работы:

      Презентация (PPT, PPS)

    • Выполнена:

      11 августа 2021 г.

    • Стоимость:

      2 200 руб

    Заказать такую же работу
  • Археология

    Учебная практика

    • Вид работы:

      Отчёт по практике

    • Выполнена:

      30 июня 2021 г.

    • Стоимость:

      4 700 руб

    Заказать такую же работу
  • Сестринское дело

    Уход за трахеостомойвозможные осложнения трахеостомии

    • Вид работы:

      Реферат

    • Выполнена:

      1 июня 2021 г.

    • Стоимость:

      1 200 руб

    Заказать такую же работу
  • Физика

    Механика Молекулярная физика Термодинамика Электродинамика Оптика Атомная физика

    • Вид работы:

      Решение задач

    • Выполнена:

      4 мая 2021 г.

    • Стоимость:

      1 800 руб

    Заказать такую же работу
  • Геология

    Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

    • Вид работы:

      Контрольная работа

    • Выполнена:

      16 ноября 2020 г.

    • Стоимость:

      1 200 руб

    Заказать такую же работу
  • Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!