Таблица 3. — Средние значения коэффициентов обтекаемости kв, лобовой площади Fв и фактора обтекаемости для различных типов транспортных средств \ КонсультантПлюс

• Главная
• Документы
• Таблица 3. — Средние значения коэффициентов обтекаемости kв, лобовой площади Fв и фактора обтекаемости для различных типов транспортных средств

Минобрнауки России от 18.08.2015 N АК-2288/06 «О направлении методических рекомендаций» (вместе с «Методическими рекомендациями к примерным программам профессионального обучения водителей транспортных различных категорий и подкатегорий по…

Таблица 3. — Средние значения коэффициентов обтекаемости k_в, лобовой площади F_в и фактора обтекаемости для различных типов транспортных средств

Сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату воздушной скорости V_в. При отсутствии ветра она равна скорости транспортного средства V_a. При наличии встречного ветра воздушная скорость V_в равна сумме скоростей транспортного средства V_a и ветра W_в, при попутном ветре — их разности.

Транспортные средства, имеющие большую величину фактора обтекаемости k_вF_в, очень чувствительны по расходу топлива к изменению воздушной скорости V_в. Это следует учитывать и выбирать скорость транспортного средства на участках свободного движения с учетом скорости и направления ветра.

Сила инерции транспортного средства P_и, Н, пропорциональна массе транспортного средства M_a и продольному ускорению j_x:

P_и = k_j M_aj_x (3.4)

где k_j — коэффициент, учитывающий влияние вращающихся деталей (масс) транспортного средства; M_a — масса транспортного средства, кг; j_x — ускорение транспортного средства, м/с².

Величина k_j пропорциональна квадрату передаточного отношения трансмиссии i:

где = 0,04…0,09 — коэффициент пропорциональности моменту инерции вращающихся масс (маховик, шестерни колеса).

При одном и том же ускорении сила P_и увеличивается на пониженных передачах. При разгоне P_и — величина положительная (препятствует разгону), при торможении — отрицательная (препятствует снижению скорости).

Прямолинейное движение. Рассмотренные выше силы сопротивления движению транспортного средства действуют на него при прямолинейном движении. Для их преодоления к ведущим колесам подводится тяговая сила P_т, создаваемая двигателем, которая равна сумме сил сопротивления движению транспортного средства:

P_т = P_к +/- P_п + P_в + P_и (3.6)

Если присоединить к автомобилю прицеп, он создаст дополнительное сопротивление P_пр, которое будет равно сумме сопротивлений P_к, P_п, P_и прицепа. Уравнение (3.6) для автомобиля с прицепом примет вид:

P_т

= P_к +/- P_п + P_в + P_и + P_пр (3.7)

Схема сил, действующих на транспортное средство при движении, приведена на рис. 1. Чтобы преодолеть силы сопротивления движению, между колесом и дорогой должна возникнуть реакция R_т. Величина тяговой реакции R_т, Н, не может быть больше силы сцепления ведущих колес с дорогой P_сц:

где — коэффициент сцепления шин с дорогой; G_в — вес, приходящийся на ведущие колеса транспортного средства, Н.

Рис. 1. — Силы, действующие на автомобиль при движении:

R_т — тяговая реакция между ведущими колесами и дорогой; P_к1, P_к2 — силы сопротивления качению передних и задних колес соответственно; P_п — сила сопротивления подъему; P_в — сила сопротивления воздуха; P_и — сила инерции; G_a — сила тяжести автомобиля.

Величина коэффициента сцепления зависит от типа и состояния дорожного покрытия, конструкции шин и изношенности их протектора, давления воздуха в шинах, нагрузки на колесо. Величины коэффициентов сцепления для разных дорожных условий приведены в табл. 3.

Когда R_т становится равной P_сц, начинается буксование ведущих колес, это одна из опасностей, поджидающих водителя на заснеженных и обледенелых дорогах.

Другая опасность — дорога, покрытая слоем воды. Если шина имеет большой износ, оставшиеся на ней неглубокие канавки не успевают отводить воду из пятна контакта шины с дорогой. В результате возможно аквапланирование шины, которое заключается в том, что при определенных толщине водяной пленки и скорости транспортного средства возникает подъемная гидродинамическая сила, и колесо как бы «всплывает» над дорогой на «водяной подушке», теряя частично (рис. 2б) или полностью (рис. 2в) контакт с дорогой.

Таблица 2. — Средние экспериментальные значения коэффициента сопротивления качению для различных типов дорожного покрытия Таблица 3. — Значения коэффициента сцепления шин с дорогой для различных дорожных условий

Аэродинамическое сопротивление воздуха — FINDOUT.SU

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно — исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку «Продолжить», я принимаю политику конфиденциальности

В современных условиях перевозки грузов идут при больших скоростях. Поэтому аэродинамическое сопротивление существенно возрастает. Сила сопротивления воздуха состоит из нескольких составляющих основной из которых является сила лобового сопротивления. При движении автомобиля впереди него возникает избыточное давление воздуха, а сзади пониженное. Кроме лобового сопротивления на автомобиль воздействуют силы, создаваемые сопротивлением выступающих поверхностей, силы возникающие при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство, силы трения воздуха о поверхность.

Силу сопротивления воздуха определяют по формуле

P_w = Cx ⋅ ρ_в ⋅ F ⋅ V²,                                                 (7)

где С_х – коэффициент аэродинамического сопротивления;

ρ_в – плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях, ρ_в = 1,225 кг/м³;

F – площадь лобового сопротивления, м²;

V – скорость автомобиля, м/с;

P_w – сила, Н.

Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх определяют опытным путем. Измеряют силу сопротивления воздуха при движении автомобиля с различными скоростями. Затем измеряют силу сопротивления воздуха при движении цилиндра, у которого поперечное сечение равно наибольшему поперечному сечению автомобиля. Отношение этих сил при одинаковых скоростях автомобиля и цилиндра и есть коэффициент аэродинамического сопротивления, т.е.

С_х = .                                         (8)

Коэффициент С_х – безразмерный параметр.

При движении автомобиля по дороге трудно разделить силы сопротивления воздуха и силы сопротивления качению. Поэтому испытания проводят в аэродинамических трубах, в которых мощные вентиляторы создают требуемые скорости воздуха относительно неподвижного автомобиля. Испытывают или натуральные модели автомобилей, или их уменьшенные копии.

При доводке легковых автомобилей уделяется много внимания как форме автомобиля, так и его отдельным элементам. У большинства моделей легковых автомобилей значение коэффициента С_х лежит в пределах 0,3-0,34. Например, у автомобиля ВАЗ «Лада Приора» С_х = 0,32, у автомобиля ВАЗ–2110 – 0,347. У автомобиля ВАЗ-2121 «Нива» С_х = 0,536, а у «Нива Шевроле» – 0,455.

У грузовых автомобилей большая площадь фронтальной поверхности. Кузов автомобиля и полуприцепа может значительно превышать высоту кабины тягача. В этом случае условия обтекания автопоезда воздухом существенно ухудшаются. Поэтому на таких автомобилях на крыше кабины устанавливают аэродинамический щиток – спойлер, который имеет возможность менять угол наклона и тем самым приспосабливать его для полуприцепов разной высоты. Имеет значение величина зазора между кабиной тягача и полуприцепа. В этом зазоре возникают завихрения, которые ухудшают условия обтекания полуприцепа особенно при боковом ветре. Установка тента на кузов автомобиля снижает величину коэффициента С

х, но увеличивается лобовая площадь.

В таблице 3 для разных классов грузовых автомобилей приведены ориентировочные усредненные значения коэффициентов С_х и диапазон изменения лобовой площади F. Эти данные могут быть использованы для ориентировочного определения аэродинамического сопротивления однотипных объектов.

 

Таблица 3 – Усредненные численные значения коэффициентов С_х и диапазоны изменения лобовой площади F

Тип автомобиля	Конструктивные особенности кузова	Лобовая площадь F, м2	Компоновка
			капотная и полукапотная	кабина над двигателем
			коэффициент Сх
Малотоннажные автомобили	бортовой без тента	3-3,6	0,65	0,7
	фургон	4,-4,6	0,5	0,55
Грузовые автомобили средней грузоподъемности	бортовой	4-4,8	0,79	0,9
	фургон	7-7,75	0,68	0,77
Грузовые автомобили большой грузоподъемности	бортовой	5-6	0,8	1,0
	бортовой с тентом	8-8,5	0,6	0,68
Автопоезда с прицепом	бортовой	5-6	1,0	1,15
	бортовой с тентом	8-8,5	0,67	0,79
Седельные автопоезда	бортовой	5-6	0,9	1,0
	бортовой с тентом	8-8,5	0,8	0,85
	контейнеровоз	9	0,87	1,04
Самосвалы		6-7	0,86	1,03
Полноприводные автомобили	бортовой с тентом	5-5,75	0,88	1,08

 

Примечание. При наличии аэродинамического обтекателя на крыше кабины автомобиля численные значения С_х снижаются на 20%.

 

Сопротивление качению шин

Автомобильные колеса воспринимают всю массу автомобиля и динамические нагрузки, передаваемые на раму или кузов автомобиля, смягчают и поглощают толчки и удары от неровностей дороги. От характера взаимодействия колес с дорогой зависят тяговые и тормозные свойства автомобиля, плавность хода, экономичность, проходимость, устойчивость и управляемость. Колеса должны иметь минимальное сопротивление качению, хорошее сцепление и демпфирующие свойства, бесшумность работы, высокую долговечность и износостойкость. Для разных условий эксплуатации автомобилей промышленность выпускает разные шины.

Конструкция шин

Основными элементами шин являются каркас, брекер, протектор, боковины и борты.

Каркас – это главный силовой элемент покрышки, состоящий из нескольких слоёв обрезиненного корда, закрепленных, как правило, на бортовых кольцах. Корд представляет собой ткань, состоящую из толстых нитей основы и тонких редких нитей по утку, изготавливаемую на основе натуральных или синтетических волокон, или тонких стальных нитей (металлокорд). В зависимости от ориентации нитей корда в каркасе различают шины радиальные и диагональные. В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса, а в диагональных под углом 45-60⁰к радиусу колеса, причем нити соседних слоёв перекрещиваются. Радиальные шины более жесткие, у них больший ресурс, лучшая стабильность формы пятна контакта, меньше сопротивление качению.

Брекер – это внутренняя деталь покрышки, расположенная между каркасом и протектором и состоящая из нескольких слоёв обрезиненного металлического или другого корда. Брекер предназначен для смягчения ударных нагрузок, возникающих при движении автомобиля по дороге.

Протектор – наружная резиновая часть покрышки шины, как правило с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление с дорогой и предохраняющая каркас от повреждений.

Радиальные шины, в отличие от диагональных, имеют каркас с меньшим числом слоёв корда. Они имеют мощный брекер, чаще металло кордный. Это обеспечивает им меньшую окружную деформацию при качении и меньшее проскальзывание протектора при контакте с дорогой. Радиальные шины имеют также пониженное теплообразование и меньшие потери на качение. Они выдерживают более высокие нагрузки и скорости.

Диагональные шины обычно используют, в основном, для грузовых и внедорожных машин, работающих в условиях бездорожья. Они обеспечивают хорошую проходимость техники и имеют большую механическую прочность в таких условиях эксплуатации.

Обозначения шин

В обозначении шин указаны их основные размеры. В РФ по ГОСТ 4754-97 допускаются обозначения, принятые и в Западной Европе, и в США, т.е. допускается различное обозначение. Поэтому обозначение лучше пояснить на примерах. Основные размеры шины, установленной на диск колеса и накачанной до требуемого давления воздуха, показаны на схеме.

 

Рисунок 1 – Схема шины

 

Шина 315/80 R 22,5

Первые цифры это ширина В = 315 мм. Вторые цифры означают отношение высоты профиля к ширине в процентах, т.е. Н = 80%, В = 0,8 ∙ 315 = 252 мм.

Буква R означает, что шина радиальная. Если буквы R нет, то шина диагональная, но буква D не ставится. Последние цифры – это диаметр диска в дюймах, т.е. d₀ = 22,5 дюйма = 22,5 ∙ 25,4 = 571,5 мм.

Наружный диаметр этой шины, установленной на диск и накачанной до требуемого давления, но без нагрузки D ₀ = d₀+2Н = 571,5 + 2 ∙ 252 = 1075,5 мм.

Шина 11.00 R 20

Первые цифры – ширина в дюймах, т.е. В = 11 ∙ 25,4 = 279,4 мм. Следующие два ноля означают, что высота профиля составляет 92 % от ширины, Н = 92%, В = 0,92 ∙ 279,4 = 257 мм, R – радиальная, d₀ = 20 дюймов = 20 ∙ 25,4 = 508 мм.

D₀ = d₀ + 2Н = 1022 мм.

 

Шина 8,25 R 20

Первые цифры – ширина в дюймах В = 8,25 ∙ 25,4 = 209,6 мм. Высота профиля для такого обозначения Н = (80 – 82) %, В = 0,81 ∙ 209,6 = 170 мм.

Диаметр диска колеса d₀ = 20 дюймов = 20 ∙ 25,4 = 508 мм.

D ₀ = d₀ + 2Н = 848 мм.

По американскому стандарту все размеры шины в дюймах и первые цифры – это наружный диаметр. Например, шина внедорожника 35 12,50 R15.

Наружный диаметр D ₀ = 35 дюймов = 35 ∙ 25,4 = 889 мм. Следующее число – ширина В = 12,50 ∙ 25,4 = 317,5 мм. R – радиальная, d₀ = 15 дюймов = 381 мм.

Высота профиля для этой шины Н = = 254 мм = 80% В.

Шина 1350х550х533 R

Наружный диаметр D₀ = 1350 мм, ширина протектора B = 550 мм, диаметр диска d₀ = 533 мм.

R – радиальная.

Высота профиля этой шины H =

Могут встречается и другие варианты обозначения шин.

Справочные таблицы коэффициента местного сопротивления

« Аэродинамический расчет систем вентиляции

Как правильно сделать проект вентиляции и кондиционирования офисов »

Июн 28

Рубрики:

Вентиляция

Автор: Инженер-проектировщик систем микроклимата

Все мы прекрасно видели в таблице аэродинамического расчета столбик коэффициента местного сопротивления (КМС). Постараемся найти ответы на вопросы: Что это? От каких факторов зависит коэффициент местного сопротивления? Зачем вообще его учитывать? И самый главный вопрос: как определить коэффициенты местных сопротивлений воздуховодов? Значение определяется опытным путем и расчетами. Для стандартных элементов таких как тройник, колено, задвижка, диффузор, решетки и другие уже давно определили коэффициенты местных сопротивлений. Данные со значением коэффициентов можно найти в справочной литературе, или же они указаны в каталоге производителя. Бывают случаи, когда и нужно воспользоваться калькулятором. Ниже вы можете увидеть таблицы коэффициентов из справочников и каталогов, а также рассмотрим расчет коэффициента местных сопротивлений и от чего он зависит.

Содержание статьи:

• Что такое коэффициент местных сопротивлений воздуховода
• Таблица коэффициентов местного сопротивления
• для колен, расширений, диффузора
• для тройника
• для задвижки, зонта, решеток, дефлектора
• для обратного клапана
• для проточных проемов
• для противопожарных клапанов

Коэффициент местного сопротивления

Сначала дадим определение коэффициенту местного сопротивления. Местными сопротивлениями называются называют точечные потери напора, связанные с изменением структуры потока. В вентиляции существует множество составляющих, что играют роль местного сопротивления:

• поворот воздуховода,
• сужение или расширение потока,
• вход воздуха в воздухозаборную шахту;
• «тройник» и «крестовина»;
• приточные и вытяжные решетки и воздухораспределители;
• воздухораспределители;
• диффузор;
• заслонки и т.д.

Их КМС рассчитываются по определенным формулам, а затем они участвуют в определении местных потерь давления. В математическом понятии коэффициент местных потерь — это отношение потерь известного напора в местном сопротивлении к скоростному напору.

Коэффициент местного сопротивления зависит от формы и вида местного сопротивления, шероховатости воздуховода и как ни странно от числа Рейнольдса. Для заслонок и другой запорной арматуры к перечисленному додается еще степень открытия.

Связанность КМС с числом Рейнольдса выражается в формуле

Значения коэффициентов В для некоторых местных сопротивлений

Чем больше число Rе тем меньше от него зависит коэффициент.  Полная независимость коэффициента местного сопротивления от числа Rе в вентиляционной системе происходит для резких переходов при Rе > 3000, а для плавных переходов — при Rе > 10000.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке воздуховода равен сумме всех местных коэффициентов на этом участке.

На практике же времени особо для расчета КМС нету, поэтому проектировщики пользуются таблицами со справочников и других источников. Тем более зачем тратить кучу времени на поиски формул и расчеты, если это уже сделали за вас. Многие производители шумоглушителей, клапанов и решеток с удовольствием указывают значение коэффициента местного сопротивления в каталогах. Но, конечно, уж если совсем никаких данных не нашли, тогда нужно прибегнуть к математике.  

Таблица коэффициентов местного сопротивления

Мы проанализировали техническую литературу и другие источники и предоставляем вам для пользования таблицы со значениями КМС для разных элементов системы. В нашем случае это каталоги фирмы ВЕЗА, Belimo, справочник проеткировщика Н,Н, Павлова и справочник Р. В. Щекина.

Значение коэффициента сопротивления для колена, отвода, расширения, сужения, диффузора и конфузора

Таблица коэффициентов местных сопротивлений тройника

Таблица коэффициентов местного сопротивления клапана, задвижки, зонта, решетки

Коэффициент местного сопротивления обратного клапана в зависимости от габаритов

Таблица значения КМС для проточных проемов

Значение коэффициента местного сопротивления противопожарного клапана

Надеемся статья будет вам полезной.

Читайте также:

Понравилась статья? Поделись об этом с друзьями!

Коэффициент трения, Сопротивление качению, Сопротивление воздуха, Аэродинамика

Коэффициент трения, Сопротивление качению, Сопротивление воздуха, Аэродинамика

Коэффициент трения, Сопротивление качению и аэродинамика

Коэффициент трения для многих материалов комбинации Коэффициент трения в подшипниках Коэффициент трения в резьбовых соединениях Сопротивление качению Сопротивление воздуха, аэродинамика Коэффициент трение для ряда комбинаций материалов Комбинация Статический Динамический   сухой со смазкой сухой со смазкой сталь-сталь 0,5. ..0,6 0,15 0,4…0,6 0,15 медь-сталь — — 0,5…0,8 0,15 сталь-чугун 0,2 0,1 0,2 0,05 чугун — чугун 0,25 0,15 0,2 0,15 фрикционный материал — сталь — — 0,5-0,6 — сталь-лед 0,03 — 0,015 — сталь-дерево 0,5-0,6 0,1 0,2-0,5 0,05 дерево-дерево 0,4-0,6 0,15…0,2 0,2…0,4 0,15 кожа-металл 0,6 0,2 0,2. ..0,25 0,12 резино-металлический 1 — 0,5   пластик-металл 0,25…0,4 — 0,1…0,3 0,04…0,1 пластик-пластик 0,3-0,4 — 0,2…0,4 0,04…0,1 Коэффициент трение между двумя материалами при относительном скольжении может зависеть от контакта давление, шероховатость относительно более твердой контактной поверхности, температура, скорость скольжения и тип смазки, уровень загрязнения. Это причина того, что данные, найденные во многих доступных справочных таблицах, могут показать большой разброс. www.engineeringtoolbox.com/friction-coefficients-d_778.html http://www.carbidedepot.com/formulas-frictioncoefficient.htm http://www.engineershandbook. com/Tables/frictioncoefficients.htm http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Tribology/co_of_frict.htm http://hypertextbook.com/facts/2005/steel.shtml http://www.diracdelta.co.uk/science/source/f/r/friction/source.html http://nl.wikibooks.org/wiki/Fysica/Dynamica http://en.wikibooks.org/wiki/Physics_Study_Guide/Коэффициенты трения http://encarta.msn.com/media_461544499/Table_of_Friction_Coefficients.html   Коэффициент трения в подшипниках Коэффициент трения [-] Подшипник скольжения, гидродинамический 0,003…0,04 Подшипник скольжения, спеченная бронза, смазываемый маслом 0,04. ..0,07 Подшипники скольжения, цельная бронза, консистентная смазка 0,07…0,12 Полимерный подшипник скольжения, полиамид, сухой 0,2…0,3 Полимерный подшипник, композитный, сухой 0,05…0,15 Шарикоподшипники 0,001…0,0015 Роликовые подшипники 0,0018 Игольчатые подшипники 0,0045 Воздушные подшипники, под давлением 0,0 Гидростатические подшипники 0,001…0,002, см. вязкость при сдвиге   Коэффициент трения в винтовых соединениях со смазкой со смазкой сухой сухой промасленный МОС 2 Цинковое покрытие РВС 0,12. ..0,18 0,08…0,12 0,12…0,18 0,3…0,8 смазка для винтов / фрикционная >>   Роллинг сопротивление 　 С р [-] Стальное колесо на рельсе 0,0002…0,0010 Автомобильная шина на дороге 0,010…0,035 Энергосберегающие автомобильные шины 0,006…0,009 Трубка 22 мм, 8 бар 0,002 Гоночная шина 23 мм, 7 бар 0,003 Touring 32 мм, 5 бар 0,005 Шина с защитой от протекания 37 мм, 5 бар / 3 бар 0,007/0,01 Калькулятор сопротивления качению >>     Воздух сопротивление   C w [-] А ж [м 2 ] A f C w [m 2 ] Современный автомобиль 0,25. ..0,35 1,8 0,54 Минивэн 0,4…0,5 3 1,35 Грузовик 0,7 6 4.2 Формула 1 0,75 1,6 1,20 Солнечная машина Nuna 0,07 0,86 0,06 Спортивный самолет 0,12 5 0,60 Карта 0,8 1 0,80 Большой велосипед 1.1 0,6 0,66 Гоночный велосипед 0,9 0,35 0,31 Горизонтальный велосипед 0,8 0,25 0,20 аэродинамический велосипед 0,4. ..0,15 0,25 0,07 Мяч 0,5 πR 2 0,5πR 2 Полусфера 0,4 πR 2 0,4πR 2 Полусфера 1,3 πR 2 1,3πR 2 Плоский круглый диск 1.1 πR 2 1,1πR 2 Калькулятор сопротивления воздуха >>         Преобразование скорости ветра по шкале Бофорта к скорости ветра в м/с: 1: 1 м/с 2: 2 м/с 3: 4 м/с 4: 7 м/с 5: 10 м/с 6: 13 м/с 7: 16 м/с 8: 19 м/с 9: 23 м/с 10: 27 м/с 11: 31 м/с 12: >36 м/с   Преобразование процент уклона к углу наклона Уклон 5% — это уклон, который поднимается на 5 м на каждые 100 м горизонтального расстояния, т. е. уклон атан(5/100)=2,86 градуса. Наклон 100 % — это угол в 45 градусов.

www.tribology-abc.com

Жидкостное трение

Жидкостное трение

Когда объект, падающий под действием силы тяжести или какой-либо другой постоянной движущей силы, подвергается сопротивлению или силе сопротивления, которая увеличивается с ростом скорости, он в конечном итоге достигает максимальной скорости, при которой сила сопротивления равна движущей силе. Эта конечная постоянная скорость движения называется «предельной скоростью» — термин, ставший популярным среди парашютистов. Для объектов, движущихся через жидкость с малыми скоростями, так что турбулентность не является основным фактором, конечная скорость определяется вязкостным сопротивлением. Выражение для конечной скорости имеет вид Анализ движения Объекты, движущиеся с высокой скоростью в воздухе, сталкиваются с сопротивлением воздуха, пропорциональным квадрату скорости. Это квадратичное сопротивление приводит к конечной скорости формы Примеры

Индекс Жидкостное трение

Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица

Назад

Для больших объектов, движущихся по воздуху, сопротивление воздуха приблизительно пропорционально квадрату скорости. Форма сопротивления , где ρ — плотность воздуха, A — площадь поперечного сечения, а C — числовой коэффициент сопротивления. Коэффициент аэродинамического сопротивления С составляет 0,5 для сферических объектов и может достигать 2 для объектов неправильной формы по Сервею. Объект, падающий в воздухе, достигнет конечной скорости, когда сила сопротивления будет равна весу: Это дает конечную скорость Примеры Вертикальная траектория с квадратичным сопротивлением Скорость свободного падения с квадратичным сопротивлением Скорость свободного падения с квадратичным сопротивлением для данного расстояния падения Скорость свободного падения с квадратичным сопротивлением как функция времени Время до пика при квадратичном сопротивлении Пиковая высота при квадратичном сопротивлении Скорость восхождения в зависимости от высоты Скорость падения в зависимости от высоты Скорость удара	Индекс Жидкостное трение Каталожный номер Serwary & Beichner Глава 6
Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица 9009 0
Назад

Падающий предмет Масса Площадь Предельная скорость Парашютист 75 кг 0,7 м 2 60 м/с 134 миль/ч Бейсбол (Радиус 3,66 см) 145 г 42 см 2 33 м/с 74 миль/ч Мяч для гольфа (радиус 2,1 см) 46 г 14 см 2 32 м/с 72 миль/ч Град камень (радиус 0,5 см) 0,48 г 0,79 см 2 14 м/с 31 миль/ч Капля дождя (радиус 0,2 см) 0,034 г 0,13 см 2 9 м/с 20 миль/ч Данные Сервея, Физика для ученых и инженеров, таблица 6. 1. Предполагается, что коэффициент лобового сопротивления C=0,5 при падении в воздухе. Расчет градин Расчет для шара

Индекс Жидкостное трение

Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица

Назад

Опасности крупных градин способствует и тот факт, что они падают быстрее, чем мелкие. То есть конечная скорость увеличивается с размером градины. Предполагая, что градины имеют сферическую форму, и используя коэффициент сопротивления C = 0,5, получаем следующее: Радиус (см) v (км/ч) v(m/s) v(mi/hr) .01 7 1.9 4.3 0.1 22 6. 1 13.7 0.2 31 8,6 19,3 0,5 49 13,6 050 9 0509 1.0 69.5 19.3 43.2 2.0 98.3 27.3 61 3.0 120 33.4 74.8 5.0 155 43.2 96,6 10,0 220 61 136 Общие примеры Расчет для сферы

Индекс Жидкостное трение

11 Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица Назад Для сферического объекта, падающего через воздух, конечная скорость для случая квадратичного сопротивления может быть рассчитана по формуле Расчет градин Другие примеры Для сферы радиусом r = метры = см и плотность ρ = кг/м 3 = г/см 3 , масса м = кг = г, и конечная скорость v терминал = м/с = км/ч = миль/ч. Индекс Концепции жидкостного трения   Гиперфизика***** Механика ***** Жидкости R Ступица Назад 5.2 Силы сопротивления — Колледж физики 2e Цели обучения К концу этого раздела вы сможете: Выразите математически силу сопротивления. Обсудите применение силы сопротивления. Задайте конечную скорость. Определить конечную скорость при заданной массе. Другой интересной силой в повседневной жизни является сила сопротивления объекта, когда он движется в жидкости (газе или жидкости). Вы чувствуете силу сопротивления, когда проводите рукой по воде. Вы также можете почувствовать это, если пошевелите рукой во время сильного ветра. Чем быстрее вы двигаете рукой, тем труднее двигаться. Вы чувствуете меньшую силу сопротивления, когда наклоняете руку так, чтобы только сторона проходила через воздух — вы уменьшили площадь своей руки, обращенную в направлении движения. Как и трение, сила сопротивления всегда противодействует движению объекта. В отличие от простого трения, сила сопротивления пропорциональна некоторой функции скорости объекта в этой жидкости. Эта функциональность сложна и зависит от формы объекта, его размера, его скорости и жидкости, в которой он находится. Для большинства крупных объектов, таких как велосипедисты, автомобили и бейсбольные мячи, движущихся не слишком медленно, величина силы сопротивления FDFD оказывается пропорциональным квадрату скорости тела. Мы можем записать это соотношение математически как FD∝v2FD∝v2 . При учете других факторов это соотношение принимает вид жидкость. (Напомним, что плотность — это масса на единицу объема.) Это уравнение также можно записать в более общем виде как FD=bv2FD=bv2, где bb — константа, эквивалентная 0,5CρA0,5CρA. Мы установили показатель степени для этих уравнений равным 2, потому что, когда объект движется с высокой скоростью в воздухе, величина силы сопротивления пропорциональна квадрату скорости. Как мы увидим через несколько страниц гидродинамики, для малых частиц, движущихся в жидкости с малыми скоростями, показатель степени равен 1,9.0013 Сила сопротивления Сила сопротивления FDFD пропорциональна квадрату скорости объекта. Математически FD∝v2FD∝v2 5.14 FD=12CρAv2,FD=12CρAv2, 5.15 где CC — коэффициент сопротивления жидкости ρ, AA — площадь поверхности объекта. жидкость. Спортсмены, а также конструкторы автомобилей стремятся уменьшить силу сопротивления, чтобы сократить время своих гонок. (См. рис. 5.7). «Аэродинамическая» форма автомобиля может уменьшить силу сопротивления и, таким образом, увеличить расход топлива автомобиля. Рисунок 5.7 От гоночных автомобилей до гонщиков бобслея аэродинамическая форма имеет решающее значение для достижения максимальной скорости. Бобслей создан для скорости. Они имеют форму пули с коническими плавниками. (кредит: Армия США, Wikimedia Commons) Значение коэффициента лобового сопротивления CC определяется эмпирически, обычно с использованием аэродинамической трубы. (См. рис. 5.8). Рисунок 5,8 Исследователи НАСА тестируют модель самолета в аэродинамической трубе. (кредит: НАСА/Эймс) Коэффициент лобового сопротивления может зависеть от скорости, но мы будем считать, что здесь он является константой. В таблице 5.2 перечислены некоторые типичные коэффициенты сопротивления для различных объектов. Обратите внимание, что коэффициент сопротивления является безразмерной величиной. На скоростях шоссе более 50% мощности автомобиля используется для преодоления сопротивления воздуха. Наиболее экономичная крейсерская скорость составляет около 70–80 км / ч (около 45–50 миль / ч). По этой причине во время нефтяного кризиса 1970-х годов в Соединенных Штатах максимальная скорость на шоссе была установлена ​​на уровне около 9 км/ч.0 км/ч (55 миль/ч). Объект С Аэродинамический профиль 0,05 Тойота Камри 0,28 Форд Фокус 0,32 Хонда Сивик 0,36 Феррари Тестаросса 0,37 пикап Dodge Ram 0,43 Сфера 0,45 Внедорожник Hummer h3 0,64 Парашютист (ноги вперед) 0,70 Велосипед 0,90 Парашютист (горизонтальный) 1,0 Круглая плоская пластина 1,12 Стол 5. 2 Значения коэффициента перетаскивания Типичные значения коэффициента аэродинамического сопротивления CC. В мире спорта ведутся серьезные исследования по минимизации сопротивления. Ямочки на мячах для гольфа переделываются, как и одежда, которую носят спортсмены. Велогонщики, а также некоторые пловцы и бегуны носят полные боди. Австралийка Кэти Фриман носила полный костюм на Олимпийских играх 2000 года в Сиднее и выиграла золотую медаль в беге на 400 метров. Многие пловцы на Олимпийских играх 2008 года в Пекине носили комбинезоны (спидометры); это могло бы иметь значение для побития многих мировых рекордов (см. рис. 5.9).). Большинство элитных пловцов (и велосипедистов) бреют волосы на теле. Такие инновации могут сократить миллисекунды в гонке, иногда определяя разницу между золотой и серебряной медалью. Одним из следствий этого является то, что для поддержания целостности спорта необходимо постоянно разрабатывать тщательные и точные правила. Рисунок 5,9 Боди-комбинезонам, таким как этот LZR Racer Suit, после их выпуска в 2008 году было приписано множество мировых рекордов. Более гладкая «кожа» и большее усилие сжатия на теле пловца обеспечивают как минимум на 10% меньшее сопротивление. (кредит: НАСА/Кэти Барнсторфф) Некоторые интересные ситуации, связанные со вторым законом Ньютона, возникают при рассмотрении воздействия сил сопротивления на движущийся объект. Например, рассмотрим парашютиста, падающего в воздухе под действием силы тяжести. На него действуют две силы: сила тяжести и сила сопротивления (без учета выталкивающей силы). Нисходящая сила тяжести остается постоянной независимо от скорости, с которой движется человек. Однако по мере увеличения скорости человека величина силы сопротивления увеличивается до тех пор, пока величина силы сопротивления не сравняется с силой гравитации, что приводит к нулевой чистой силе. Нулевая результирующая сила означает, что ускорение отсутствует, как указано во втором законе Ньютона. В этот момент скорость человека остается постоянной, и мы говорим, что человек достиг своего конечная скорость (втвт). Поскольку FDFD пропорционален скорости, более тяжелый парашютист должен двигаться быстрее, чтобы FDFD сравнялся с его весом. Давайте посмотрим, как это работает более количественно. При конечной скорости, Fnet=mg-FD=ma=0.Fnet=mg-FD=ma=0. 5,16 Таким образом, мг=ФД.мг=ФД. 5,17 Используя уравнение для силы сопротивления, мы имеем mg=12ρCAv2.mg=12ρCAv2. 5.18 Решая скорость, получаем v=2мгρCA.v=2мгρCA. 5,19 Предположим, что плотность воздуха ρ=1,21 кг/м3, ρ=1,21 кг/м3. Парашютист весом 75 кг, спускающийся вниз головой вперед, будет иметь площадь приблизительно A=0,18 м2, A=0,18 м2 и коэффициент лобового сопротивления приблизительно C=0,70C=0,70. Находим, что v=2(75 кг)(9,80 м/с2)(1,21 кг/м3)(0,70)(0,18м2)=98 м/с=350 км/ч. v=2(75 кг)(9,80 м /с2)(1,21 кг/м3)(0,70)(0,18м2)=98 м/с=350 км/ч. 5.20 Это означает, что парашютист массой 75 кг достигает максимальной конечной скорости около 350 км/ч, путешествуя головой вперед, сводя к минимуму площадь и сопротивление. В расправленном положении эта конечная скорость может уменьшиться примерно до 200 км/ч по мере увеличения площади. Эта конечная скорость становится намного меньше после раскрытия парашюта. Домашний эксперимент В этом интересном занятии исследуется влияние веса на конечную скорость. Соберите вместе несколько вложенных фильтров для кофе. Оставив их в исходной форме, измерьте время, за которое один, два, три, четыре и пять вложенных фильтров упадут на пол с одинаковой высоты (примерно 2 м). (Обратите внимание, что из-за того, что фильтры вложены друг в друга, сопротивление постоянно, а изменяется только масса.) Они довольно быстро достигают конечной скорости, поэтому найдите эту скорость как функцию массы. Постройте конечную скорость вв по сравнению с масс. Также постройте v2v2 в зависимости от массы. Какая из этих зависимостей более линейна? Какой вывод вы можете сделать из этих графиков? Пример 5.2 A Конечная скорость Найдите конечную скорость парашютиста массой 85 кг, падающего с распростертым орлом. Стратегия При предельной скорости Fnet=0Fnet=0. Таким образом, сила сопротивления парашютиста должна равняться силе тяжести (весу человека). Используя уравнение силы сопротивления, находим mg=12ρCAv2mg=12ρCAv2. Таким образом, конечная скорость vtvt может быть записана как vt=2mgρCA.vt=2mgρCA. 5.21 Решение Все величины известны, кроме площади проекции человека. Это взрослый (85 кг) падающий распростертый орел. Мы можем оценить фронтальную площадь как A=(2 м)(0,35 м)=0,70 м2. A=(2 м)(0,35 м)=0,70 м2. 5,22 Используя наше уравнение для vtvt, мы находим, что vt=2(85кг)(9,80 м/с2)(1,21 кг/м3)(1,0)(0,70м2)=44 м/с.vt=2 (85 кг)(90,80 м/с2)(1,21 кг/м3)(1,0)(0,70 м2)=44 м/с. 5.23 Обсуждение Этот результат согласуется с ранее упомянутым значением vtvt. У парашютиста весом 75 кг, идущего ногами вперед, скорость v=98 м/sv=98 м/с. Он весил меньше, но имел меньшую лобовую площадь и, следовательно, меньшее сопротивление воздуха. Размер объекта, падающего в воздухе, представляет собой еще одно интересное применение сопротивления воздуха. Если вы упадете с 5-метровой ветки дерева, вы, скорее всего, поранитесь — возможно, сломаете кость. Однако маленькая белка делает это все время, не причиняя себе вреда. Вы не достигаете конечной скорости на таком коротком расстоянии, но белка достигает. Следующая интересная цитата о размерах животных и конечной скорости взята из эссе 1928 года британского биолога Дж. Б.С. Холдейна под названием «О том, чтобы быть подходящего размера». Для мышей и любых мелких животных [гравитация] практически не представляет опасности. Вы можете бросить мышь в шахту длиной в тысячу ярдов; и, достигнув дна, он получает легкий толчок и уходит, при условии, что земля достаточно мягкая. Крыса убита, человек разбит, а лошадь забрызгана. Ибо сопротивление воздуха движению пропорционально поверхности движущегося объекта. Разделите длину, ширину и высоту животного на десять; его вес уменьшен в тысячную, а поверхность только в сотые. Таким образом, сопротивление падению маленького животного относительно в десять раз превышает движущую силу. Приведенная выше квадратичная зависимость сопротивления воздуха от скорости не выполняется, если объект очень мал, движется очень медленно или находится в более плотной среде, чем воздух. Тогда мы находим, что сила сопротивления прямо пропорциональна скорости. Это соотношение определяется законом Стокса, который гласит, что Fs=6πrηv, Fs=6πrηv, 5,24 , где rr — радиус объекта, ηη – вязкость жидкости, а vv — скорость объекта. Закон Стокса Fs=6πrηv,Fs=6πrηv, 5,25 где rr — радиус объекта, ηη – вязкость жидкости, а vv — скорость объекта. Хорошими примерами этого закона являются микроорганизмы, пыльца и частицы пыли. Поскольку каждый из этих объектов очень мал, мы обнаруживаем, что многие из этих объектов движутся без посторонней помощи только с постоянной (конечной) скоростью. Конечные скорости для бактерий (размером около 1 мкм1 мкм) может быть около 2 мкм/с2 мкм/с. Чтобы двигаться с большей скоростью, многие бактерии плавают с помощью жгутиков (органелл в форме маленьких хвостов), которые приводятся в действие небольшими двигателями, встроенными в клетку. Отложения в озере могут двигаться с большей конечной скоростью (около 5 мкм/с5 мкм/с), поэтому может потребоваться несколько дней, чтобы достичь дна озера после осаждения на поверхности. Если мы сравним животных, живущих на суше, с животными, живущими в воде, то увидим, как сопротивление повлияло на эволюцию.