De viskös friktion Det uppstår när ett fast föremål rör sig mitt i en vätska - en gas eller en vätska. Det kan modelleras som en kraft som är proportionell mot det negativa av objektets hastighet eller kvadratet av det.
Användningen av den ena eller den andra modellen beror på vissa förhållanden, till exempel vilken typ av vätska objektet rör sig i och om det är mycket snabbt. Den första modellen är känd som linjärt motstånd, och i den storleken på den viskösa friktionen FRör ges av:
FRör = Γv
Här är γ den konstanta proportionaliteten eller koefficienten för den viskösa friktionen och v är objektets hastighet. Det är tillämpligt på kroppar som rör sig vid låga hastigheter i vätskor med ett laminärt system.
I den andra modellen, känd som kvadratiskt motstånd eller Rayleighs lag beräknas friktionskraftens storlek enligt:
FRör = ½ ρ.A.Cd.vtvå
Där ρ är densiteten hos vätskan, är A tvärsnittsarean för objektet och Cd är koefficienten för aerodynamisk dragning.
Produkten ½ ρ.A.Cd är en aerodynamisk konstant som kallas D, vars SI-enheter är kg / m, därför:
FRör = Dvtvå
Denna modell är mer lämplig när föremålens hastighet är medium eller hög, eftersom rörelsen ger turbulens eller virvel när den passerar genom vätskan..
En rörlig tennisboll och bilar på motorvägen är exempel på föremål som den här modellen gör ganska bra på..
Den viskösa kraften uppstår eftersom det fasta ämnet måste skjuta isär lagren av vätska för att röra sig genom det. Förekomsten av flera modeller beror på det faktum att denna kraft beror på flera faktorer, såsom vätskans viskositet, objektets hastighet och form..
Det finns föremål som är mer aerodynamiska än andra och många är utformade exakt så att motståndet hos mediet minskar dess hastighet till ett minimum.
Artikelindex
Varje person eller föremål som rör sig i en vätska upplever nödvändigtvis motstånd från miljön, men dessa effekter försummas ofta för enkla applikationer som fritt fall..
I uttalandena från nästan alla problem med fritt fall noteras att effekterna av luftmotstånd försummas. Detta beror på att luft är en ganska "tunn" vätska och det är därför vi förväntar oss att friktionen den ger inte är signifikant..
Men det finns andra rörelser där den viskösa friktionen har ett mer avgörande inflytande, låt oss se några exempel:
-En sten som släpps vertikalt i ett oljefylt rör upplever en kraft som motsätter sig nedstigningen tack vare vätskans motstånd..
-Pollenkorn är mycket små, så för dem är luftmotståndet inte försumbar, för tack vare denna kraft är det att de lyckas hålla sig flytande under lång tid och orsaka säsongsallergier..
-När det gäller simmare bär de en keps och rakar helt så att vattnets motstånd inte minskar deras hastighet..
-Precis som simmare upplever tidkörare luftmotstånd, följaktligen har hjälmar aerodynamiska mönster för att förbättra effektiviteten.
Likaså är cyklistens position inom en konkurrerande grupp relevant. Den som leder marschen får uppenbarligen det största luftmotståndet, medan det för dem som stänger marschen är nästan noll.
-När en fallskärmshoppare öppnar fallskärmen utsätts han för den viskösa friktionen i luften, den mest lämpliga modellen är den med hastighetens kvadrat. På detta sätt minskar den sin hastighet och när friktionen motverkar fallet når den ett konstant gränsvärde.
-För bilar är koefficienten för aerodynamisk luftmotstånd, en konstant som bestäms experimentellt och ytan som den uppvisar mot vinden, de avgörande faktorerna för att minska luftmotståndet och minska bränsleförbrukningen. Det är därför de är utformade med sluttande vindrutor.
-I Millikan-oljedroppsexperimentet studerade fysikern Robert Millikan rörelsen av oljedroppar mitt i ett enhetligt elektriskt fält och slutsatsen att någon elektrisk laddning är en multipel av elektronladdningen..
För detta var det nödvändigt att känna till dropparnas radie, som inte kunde bestämmas genom direkt mätning med tanke på deras lilla storlek. Men i det här fallet var den viskösa friktionen betydande och dropparna slutade sluta. Detta faktum gjorde det möjligt att bestämma dropparnas radie och senare deras elektriska laddning.
I ekvationen för den viskösa friktionskraften vid låg hastighet:
FRör = Γv
a) Vilka dimensioner ska den viskösa friktionskoefficienten γ ha?
b) Vad är enheterna för γ i det internationella systemet för enheter?
Till skillnad från koefficienterna för statisk friktion eller kinetisk friktion har den viskösa friktionskoefficienten dimensioner, som måste vara:
Kraft / hastighet
Kraft har dimensioner av massa x längd / tidtvå, medan hastigheten är längd / tid. Genom att beteckna dem enligt följande:
-Mässa: M
-Längd: L
-Tid: T
Dimensionerna för den viskösa friktionskoefficienten γ är:
[M.L / Ttvå] / [L / T] = [M.L.T / L.Ttvå] = M / T
I SI är enheterna γ kg / s
Med hänsyn till vattnets motstånd, hitta ett uttryck för terminalhastigheten för en metallisk sfär som tappas vertikalt i ett rör fyllt med olja, i fallen:
a) Låg hastighet
b) Hög hastighet
Figuren visar frikroppsdiagrammet som visar de två krafterna som verkar på sfären: vikten nedåt och vätskans motstånd, proportionellt mot hastigheten, uppåt. Newtons andra lag för denna rörelse säger följande:
γvt - mg = 0
Där Vt är terminalhastigheten, given av:
vt = mg / y
Om vi antar medelhöga till höga hastigheter är den lämpliga modellen den med hastigheten i kvadrat:
FRör = ½ ρ.A.Cd.vtvå
Sedan:
½ ρ.A.Cd.vtvå - mg = 0
D.vtvå - mg = 0
v = √ [mg / D]
I båda situationerna, ju större objektets massa är, desto större är dess terminalhastighet..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.