Oro pasipriešinimo jėga. Oro pasipriešinimo jėgos dydis

Tai yra visos aerodinaminės jėgos komponentas.

Vilkimo jėga paprastai vaizduojama kaip dviejų komponentų suma: nulinio kėlimo pasipriešinimo ir indukuoto pasipriešinimo. Kiekvienas komponentas pasižymi savo bedimensiniu pasipriešinimo koeficientu ir tam tikra priklausomybe nuo judėjimo greičio.

Vilkimas gali prisidėti prie abiejų apledėjimo lėktuvas(at žemos temperatūros oras) ir sukelia orlaivio priekinių paviršių kaitinimą viršgarsiniu greičiu dėl smūginės jonizacijos.

Vilkite esant nuliui

Šis pasipriešinimo komponentas nepriklauso nuo sukuriamos kėlimo jėgos dydžio ir susideda iš sparno profilio pasipriešinimo, orlaivio konstrukcinių elementų, kurie neprisideda prie kėlimo, pasipriešinimo ir bangos pasipriešinimo. Pastarasis yra reikšmingas judant beveik ir viršgarsiniu greičiu, jį sukelia susidarymas smūgio banga, nunešdamas didelę judėjimo energijos dalį. Bangos pasipriešinimas atsiranda, kai orlaivis pasiekia kritinį Macho skaičių atitinkantį greitį, kai dalis srauto, tekančio aplink orlaivio sparną, pasiekia viršgarsinis greitis. Kuo didesnis kritinis skaičius M, tuo didesnis sparno judėjimo kampas, tuo smailesnis priekinis sparno kraštas ir tuo jis plonesnis.

Pasipriešinimo jėga nukreipta prieš judėjimo greitį, jos dydis proporcingas būdinga sritis S, vidutinis tankis ρ ir greitis V kvadratu:

Būdingos srities nustatymas priklauso nuo kūno formos:

• paprasčiausiu atveju (kamuolys) – plotas skerspjūvis;
• sparnams ir stulpams - sparno / stulpo plotas iš viršaus;
• sraigtasparnių sraigtams ir rotoriams - menčių plotas arba rotoriaus nubraukiamas plotas;
• pailgiems kūnams, orientuotiems į sukimąsi kartu srautas (fiuzeliažas, dirižablio apvalkalas) – sumažintas tūrinis plotas lygus V 2/3, kur V – kūno tūris.

Galia, reikalinga tam tikram pasipriešinimo jėgos komponentui įveikti, yra proporcinga Kuba greitis.

Indukcinė reaktyvumas

Indukcinė reaktyvumas(anglų kalba) kėlimo sukeltas pasipriešinimas) yra baigtinio tarpatramio sparno keliamosios jėgos susidarymo pasekmė. Asimetriškas srautas aplink sparną lemia tai, kad oro srautas išeina iš sparno kampu, palyginti su srautu, patenkančiu į sparną (vadinamasis srauto kampas). Taigi, sparno judėjimo metu yra nuolatinis pagreitisįeinančio oro masė statmena skrydžio krypčiai ir nukreipta žemyn. Šį pagreitį, pirma, lydi kėlimo jėgos susidarymas, antra, dėl to reikia suteikti kinetinę energiją greitėjančiam srautui. Kinetinės energijos kiekis, reikalingas srauto greičiui perduoti, yra statmenai krypčiai skrydžio, ir nustatys indukcinės reaktyvumo dydį.

Indukuoto pasipriešinimo dydžiui įtakos turi ne tik keliamosios jėgos dydis, bet ir jos pasiskirstymas išilgai sparno tarpatramio. Minimali vertė indukcinis pasipriešinimas pasiekiamas elipsiškai paskirstant kėlimo jėgą išilgai tarpatramio. Projektuojant sparną, tai pasiekiama naudojant šiuos metodus:

• racionalios sparno plano formos pasirinkimas;
• geometrinio ir aerodinaminio posūkio naudojimas;
• pagalbinių paviršių - vertikalių sparnų antgalių montavimas.

Indukcinė reaktyvumas yra proporcingas kvadratas kėlimo jėga Y ir atvirkščiai proporcingas sparno plotas S, jo pailgėjimas λ, vidutinis tankis ρ ir kvadratas greitis V:

Taigi, sukeltas pasipriešinimas labai prisideda prie skrendant nedideliu greičiu (ir dėl to dideliais atakos kampais). Jis taip pat didėja didėjant orlaivio svoriui.

Bendras pasipriešinimas

Ar visų tipų pasipriešinimo jėgų suma:

Kadangi tempimas nulinis X 0 yra proporcingas greičio kvadratui ir indukciniam X i- yra atvirkščiai proporcinga greičio kvadratui, tada jie įneša skirtingą indėlį skirtingi greičiai. Didėjant greičiui, X 0 auga ir X i- kritimai, ir suminio pasipriešinimo grafikas X greičio („reikalinga traukos kreivė“) kreivių susikirtimo taške yra minimalus X 0 ir X i, kai abi pasipriešinimo jėgos yra vienodo dydžio. Tokiu greičiu orlaivis turi mažiausią pasipriešinimą tam tikram keltuvui ( lygus svoriui), todėl aukščiausia aerodinaminė kokybė.

Wikimedia fondas.

Dėl stabdymo priešais kėbulą sumažėja srauto greitis ir didėja slėgis. Jo padidėjimo laipsnis priklauso nuo priekinės kūno dalies formos. Prieš plokščią plokštę slėgis yra didesnis nei prieš ašaros formos korpusą. Už kūno dėl retėjimo sumažėja slėgis, o ties plokščia plokšte didelis kiekis lyginant su ašaros formos kūnu.

Taigi, prieš kūną ir už jo susidaro slėgio skirtumas, dėl kurio susidaro aerodinaminė jėga, vadinama slėgio pasipriešinimu. Be to, dėl oro trinties ribiniame sluoksnyje atsiranda aerodinaminė jėga, kuri vadinama trinties pasipriešinimu.

Kai teka simetriškai aplink kūną, pasipriešinimas

atsparumas slėgiui ir trinčiai nukreipti į šoną, priešingas judėjimas ir kartu sudaro tempimo jėgą. Eksperimentais nustatyta, kad aerodinaminė jėga priklauso nuo srauto greičio, oro masės tankio, kūno formos ir dydžio, jo padėties sraute ir paviršiaus būklės. Padidėjus artėjančio srauto greičiui, tai kinetinė energija, kuris yra proporcingas greičio kvadratui, didėja. Todėl plaukiant aplinkui plokščia plokštelė, nukreiptas statmenai srautui, didėjant greičiui slėgis priekinėje valandoje-

jis didėja, nes dauguma Srauto kinetinė energija stabdymo metu paverčiama potencialia slėgio energija. Tokiu atveju slėgis už plokštės dar labiau sumažėja, nes padidėjus purkštuko inercijai, padidėja žemo slėgio srities apimtis. Taigi, didėjant srauto greičiui, dėl padidėjusio slėgio skirtumo priešais kėbulą ir už jo, aerodinaminė pasipriešinimo jėga didėja proporcingai greičio kvadratui.

Anksčiau buvo nustatyta, kad oro tankis apibūdina jo inertiškumą: nei didesnis tankis, tuo didesnė inercija. Norėdami perkelti kūną inertiškesniu, taigi ir daugiau tankus oras reikia daugiau pastangų perkelti oro daleles, vadinasi, oro bus didesnė jėga paveikti organizmą. Vadinasi, kuo didesnis oro tankis, tuo didesnė aerodinaminė jėga veikia judantį kūną.

Pagal mechanikos dėsnius aerodinaminės jėgos dydis yra proporcingas kūno skerspjūvio plotui, statmenam šios jėgos veikimo krypčiai. Daugumos kūnų šis skerspjūvis yra didžiausias skerspjūvis, vadinamas viduriu, o sparnui - jo plano plotas.

Kūno forma turi įtakos aerodinaminio spektro pobūdžiui (aplink duotą kūną tekančių srautų greitį), taigi ir slėgio skirtumą, kuris lemia aerodinaminės jėgos dydį. Kai keičiasi kūno padėtis oro sraute, pasikeičia jo srauto spektras, o tai reiškia, kad keičiasi aerodinaminių jėgų dydis ir kryptis.

Kūnai, kurių paviršius yra ne toks šiurkštus, patiria mažiau trinties jėgų, nes daugumoje jų paviršiaus ribinis sluoksnis turi laminarinį srautą, kuriame atsparumas trinčiai yra mažesnis nei turbulentiniame sraute.

Taigi, jei formos ir padėties įtaka
kūnus sraute, atsižvelgti į paviršiaus apdorojimo laipsnį
pataisos koeficientas vadinamas aero
dinaminis koeficientas, galime daryti tokią išvadą
kad aerodinaminė jėga yra tiesiogiai proporcinga jos
jo koeficientas, greičio slėgis ir mi-
dalijantys kūnus (prie sparno - jo plotas),

Jeigu suminę oro pasipriešinimo aerodinaminę jėgą žymėsime raide R, jo aerodinaminis koeficientas – greičio slėgis – q, o sparno plotas yra formulė oro pasipriešinimas galima parašyti taip:

atakuoja, nes greičio slėgis yra lygus

atrodo taip:

formulė bus tokia

Pateikta oro pasipriešinimo jėgos formulė yra pagrindinė, nes naudojant panašias formas galima nustatyti bet kokios aerodinaminės jėgos dydį, pakeičiant tik jėgos žymėjimą ir jos koeficientą.

Bendra aerodinaminė jėga ir jos komponentas

Kadangi sparno išlinkimas viršuje yra didesnis nei apačioje, kai jis susiduria su oro srautu, pagal antrojo oro srauto greičio pastovumo dėsnį vietinis srauto greitis aplink sparną viršuje yra didesnis nei apačioje, o atakos krašte smarkiai sumažėja ir kai kur nukrenta iki nulio. Pagal Bernulio dėsnį prieš sparną ir po jo atsiranda sritis aukštas kraujospūdis; Virš ir už sparno atsiranda žemo slėgio sritis. Be to, dėl oro klampumo. atsiranda jėga, trintis ribiniame sluoksnyje. Slėgio pasiskirstymo išilgai sparno profilio modelis priklauso nuo sparno padėties oro sraute, kuriam apibūdinti naudojama „atakos kampo“ sąvoka.

Sparno smūgio kampas (α) – tai kampas tarp sparno stygos krypties ir įeinančio oro srauto arba skrydžio greičio vektoriaus krypties (11 pav.).

Slėgio pasiskirstymas išilgai profilio pavaizduotas formoje vektorinė diagrama. Norėdami jį sukonstruoti, nubrėžkite sparno profilį, pažymėkite ant jo taškus, kuriuose

iš kurių buvo matuojamas slėgis, o iš šių taškų perteklinio slėgio reikšmės vaizduojamos kaip vektoriai. Jei tam tikrame taške slėgis žemas, tai vektorinė rodyklė nukreipta nuo profilio, jei slėgis didelis, tada link profilio. Vektorių galai sujungti bendra linija. Fig. 12 paveiksle parodytas slėgio pasiskirstymas išilgai sparno profilio, esant mažam ir dideli kampai išpuolių. Tai rodo, kad didžiausias vakuumas gaunamas esant viršutinis paviršius sparnas didžiausio upelių susiaurėjimo taške. Esant atakos kampui, lygiam nuliui, bus didžiausias vakuumas didžiausias storis profilį. Po sparnu taip pat atsiranda upelių susiaurėjimas, dėl to ten irgi atsiras retėjimo zona, bet mažesnė nei virš sparno. Priešais sparno galiuką yra aukšto slėgio sritis.

Didėjant atakos kampui, retinimo zona pasislenka link atakos krašto ir žymiai padidėja. Taip nutinka todėl, kad didžiausio upelių susiaurėjimo vieta pasislenka atakos krašto link. Po sparnu oro dalelės, susiliejančios su apatiniu sparno paviršiumi, sulėtėja, todėl padidėja slėgis.

Kiekvienas perteklinio slėgio vektorius, parodytas diagramoje, reiškia jėgą, veikiančią sparno paviršiaus vienetą, ty kiekviena rodyklė tam tikru mastu rodo perteklinio slėgio dydį arba skirtumą tarp vietinio slėgio ir slėgio netrikdomoje aplinkoje. srautas:

Susumavus visus vektorius galime gauti aerodinaminę jėgą neatsižvelgdami į trinties jėgas. Šią galią atsižvelgiant į oro trinties jėgą ribiniame sluoksnyje, tai bus bendra sparno aerodinaminė jėga. Taigi visa aerodinaminė jėga (R) atsiranda dėl slėgio skirtumo prieš ir už sparno, po sparnu ir virš jo, taip pat dėl ​​oro trinties ribiniame sluoksnyje.

Bendros aerodinaminės jėgos taikymo taškas yra ant sparno stygos ir vadinamas slėgio centru (CP). Kadangi visa aerodinaminė jėga veikia mažesnio slėgio kryptimi, ji bus nukreipta aukštyn ir nukreipta atgal.

Pagal pagrindinį pasipriešinimo dėsnį

Ryžiai. 13. Bendros sparno aerodinaminės jėgos išskaidymas į jo komponentus

oro, visa aerodinaminė jėga išreiškiama formule:

Bendra aerodinaminė jėga paprastai laikoma geometrinė suma du komponentai: vienas iš jų Y, statmenas netrukdomam srautui, vadinamas kėlimo jėga, o kitas, Q, nukreiptas priešais sparno judėjimui, vadinamas tempimo jėga.

Kiekviena iš šių jėgų gali būti laikoma dviejų terminų algebrine suma: slėgio jėgos ir trinties jėgos. Kalbant apie kėlimo jėgą, galima praktiškai nepaisyti antrojo termino ir manyti, kad tai tik slėgio jėga. Atsparumas turi būti laikomas atsparumo slėgiui ir atsparumo trinčiai suma (13 pav.).

Kampas tarp kėlimo ir visos aerodinaminės jėgos vektorių vadinamas kokybės kampu (Θк).

Sparnų pakėlimas

Kėlimo jėga (Y) susidaro dėl vidutinių slėgių skirtumo sparno apačioje ir viršuje.

Tekant aplink asimetrinį profilį, srauto greitis virš sparno yra didesnis nei po sparnu, dėl didesnio sparno viršutinio paviršiaus kreivumo ir pagal Bernulio dėsnį slėgis iš viršaus mažesnis nei iš apačios.

Jei sparno profilis yra simetriškas, o atakos kampas lygus nuliui, tai srautas simetriškas, slėgis virš ir žemiau sparno vienodas ir kilimo nevyksta (14 pav.). Sparnas su simetrišku profiliu sukuria pakėlimą tik esant nuliniam atakos kampui.

Iš to išplaukia, kad keliamosios jėgos dydis yra lygus perteklinio slėgio skirtumo po sparnu (Rizb.low) ir virš jo sandaugai ( Rizb. viršuje) už sparno plotą:

C Y- kėlimo koeficientas, kuris nustatomas eksperimentiniu būdu pučiant sparną vėjo tunelyje. Jo dydis priklauso: 1 - nuo sparno formos, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį kuriant keltuvą; 2 - iš atakos kampo (sparno orientacija srauto atžvilgiu); 3 - apie sparno apdirbimo laipsnį (nešiurkštumo, medžiagos vientisumo ir kt.).

Jei grafikas nubraižytas remiantis duomenimis, gautais vėjo tunelyje pučiant asimetrinį sparną skirtingais atakos kampais, jis atrodys taip (15 pav.).

Tai rodo, kad:

1. Kai kuriems neigiama reikšmė atakos kampas, kėlimo koeficientas lygus nuliui. Tai nulinio pakilimo kampas ir žymimas α0.

2. Padidėjus atakos kampui iki tam tikros vertės

Ryžiai. 14. Ikigarsinis srautas aplink sparną: A- srauto spektras (ribinis sluoksnis nerodomas); b- slėgio pasiskirstymas (slėgio modelis)

Ryžiai. 15. Tvarkaraštis priklauso
koeficientas
kėlimo jėga ir koeficientas
priekinis vairuotojas
kampinis pasipriešinimas
išpuolių.

16 pav. Srauto sustojimas esant superkritiniams atakos kampams: taške A slėgis yra didesnis nei taške B, o taške C slėgis yra didesnis nei taškuose A ir B

kėlimo koeficientas proporcingai didėja (tiesioje linijoje po tam tikro atakos kampo kėlimo koeficiento padidėjimas mažėja, o tai paaiškinama sūkurių susidarymu viršutiniame paviršiuje);

3. Esant tam tikram atakos kampui, kėlimo koeficientas pasiekia maksimalią vertę. Šis kampas vadinamas kritiniu ir žymimas α cr. Tada, toliau didėjant atakos kampui, kėlimo koeficientas mažėja, o tai atsiranda dėl intensyvaus srauto atsiskyrimo nuo sparno, kurį sukelia ribinio sluoksnio judėjimas prieš pagrindinio srauto judėjimą (16 pav.).

Veikimo atakos kampų diapazonas yra kampai nuo α 0 iki α kr. Esant atakos kampams, artimiems kritiniams, sparnas nėra pakankamai stabilus ir yra blogai valdomas.

Oro pasipriešinimo jėgos susidarymas. Fig. 78 ir 81 rodomi oro srautai, susidarantys važiuojant keleiviniam automobiliui ir sunkvežimis. Oro pasipriešinimo jėga Pw susideda iš kelių komponentų, kurių pagrindinė yra tempimo jėga. Pastaroji atsiranda dėl to, kad automobiliui pajudėjus (žr. 78 pav.), prieš jį susidaro perteklinis slėgis. +AR oro, o gale – sumažintas -AR(palyginti su atmosferos slėgis). Oro slėgis automobilio priekyje sukuria pasipriešinimą judėjimui į priekį, o retėjantis oras už automobilio sukuria jėgą, kuri linkusi judėti automobilį atgal. Todėl nei daugiau skirtumo slėgis priekyje ir už automobilio, tuo didesnė pasipriešinimo jėga, o slėgio skirtumas savo ruožtu priklauso nuo automobilio dydžio, formos ir greičio.

Ryžiai. 78.

Ryžiai. 79.

Fig. 79 rodo pasipriešinimo reikšmes (įprastais vienetais), priklausomai nuo kūno formos. Paveikslėlyje parodyta, kad su supaprastinta priekine dalimi vilkite oro sumažėja 60%, o supaprastinant galinę dalį - tik 15%. Tai rodo, kad oro slėgis, susidarantis priešais automobilį, turi didesnę įtaką oro pasipriešinimo jėgos susidarymui nei vakuumas už automobilio. Apie galinės automobilio dalies supaprastinimą galima spręsti iš galinio lango – turint gerą aerodinaminę formą tai nebūtų

Atrodo purvinas, o jei oro srautas prastas, galinis langas siurbia dulkes.

Bendroje oro pasipriešinimo jėgų pusiausvyroje pasipriešinimo jėga sudaro apie 60%. Kiti komponentai yra: pasipriešinimas, atsirandantis dėl oro pratekėjimo per radiatorių ir variklio skyrių; atsparumas, kurį sukuria išsikišę paviršiai; atsparumas oro trinčiai ant paviršiaus ir kitas papildomas pasipriešinimas. Visų šių komponentų vertės yra tos pačios eilės.

Bendra oro pasipriešinimo jėga Pw sutelktas vėjo centre, kuris yra didžiausio kūno skerspjūvio ploto centras plokštumoje, statmenoje judėjimo krypčiai. IN bendras atvejis Burės centras nesutampa su automobilio masės centru.

Oro pasipriešinimo jėga yra kūno skerspjūvio ploto ir oro greičio slėgio sandauga, atsižvelgiant į formos supaprastinimą:

Kur c x – bematis pasipriešinimo koeficientas (aerodinaminis) pasipriešinimas, atsižvelgiant į supaprastinimą; /'-priekinė sritis arba sritis priekinė projekcija, m 2; q= 0,5p B v a 2 - oro greičio slėgis, N/m 2. Kaip matyti iš matmenų, oro greičio slėgis yra specifinė jėga, veikianti ploto vienetą.

Greičio slėgio išraišką pakeitę formule (114), gauname

čia v a – automobilio greitis; r – oro tankis, kg/m 3.

Priekinė aikštė

kur a yra ploto užpildymo koeficientas; a = 0,78...0,80 lengviesiems automobiliams ir a = 0,75...0,90 sunkvežimiams; H a , V a - aukščiausios vertės atitinkamai automobilio plotis ir aukštis.

Oro pasipriešinimo jėga taip pat apskaičiuojama pagal formulę

Kur k w = 0,5 c x p - oro pasipriešinimo koeficientas, kurių oro tankio matmuo - kg/m 3 arba N s 2 /m 4. Jūros lygyje, kur oro tankis p = 1,225 kg/m3, k w = 0,61 c x, kg/m3.

Fizinė prasmė koeficientai k w Ir c x yra tai, kad jie apibūdina automobilio supaprastinimo savybes.

Automobilio aerodinaminiai bandymai. Automobilio aerodinaminės charakteristikos tiriamos vėjo tunelyje, vienas iš kurių buvo pastatytas Rusijos motorinių transporto priemonių bandymų ir plėtros tyrimų centre. Panagrinėkime šiame centre sukurtą automobilio bandymo vėjo tunelyje metodą.

Fig. 80 parodyta koordinačių ašių sistema ir visos aerodinaminės jėgos komponentų veikimo kryptis. Bandymo metu nustatykite sekančių jėgų ir momentai: priekinė aerodinaminė pasipriešinimo jėga R x,šoninė jėga R, pakelti P v sukimo momentas M x, apsivertimo momentas mano, posūkio momentas M v

Ryžiai. 80.

Bandymo metu transporto priemonė montuojama ant šešių komponentų aerodinaminių svarstyklių ir tvirtinama prie platformos (žr. 80 pav.). Transporto priemonė turi būti degalų, įrengta ir pakrauta pagal techninę dokumentaciją. Oro slėgis padangose ​​turi atitikti gamyklos naudojimo instrukciją. Testai kontroliuojami kompiuteriu pagal automatizuotų standartinių svorio testų programą. Bandymo metu specialus ventiliatorius sukuria oro srautus, judančius nuo 10 iki 50 m/s greičiu 5 m/s intervalu. Galima sukurti skirtingi kampai oro nuotėkis į transporto priemonę išilginės ašies atžvilgiu. Jėgų ir momentų vertės parodytos Fig. 80 ir 81, registruoja ir apdoroja kompiuterį.

Bandymo metu taip pat matuojamas greičio (dinaminis) oro slėgis. q. Remdamasis matavimo rezultatais, kompiuteris apskaičiuoja aukščiau išvardintų jėgų ir momentų koeficientus, iš kurių pateikiame pasipriešinimo koeficiento apskaičiavimo formulę:

Kur q- dinaminis slėgis; F- priekinė sritis.

Kiti koeficientai ( Su y, c v s tx, s tu, c mz) apskaičiuojami panašiai, į skaitiklį pakeičiant atitinkamą reikšmę.

Darbas vadinamas aerodinaminis pasipriešinimo faktorius arba racionalizavimo veiksnys.

Oro pasipriešinimo koeficiento reikšmės k w Ir c x automobiliams skirtingų tipų pateikiami žemiau.

Oro pasipriešinimo mažinimo būdai. Norėdami sumažinti tempimą, patobulinkite aerodinamines savybes lengvasis ar autotraukinys: lengvuosiuose automobiliuose (dažniausiai) keičiama kėbulo forma, o sunkvežimiuose naudojami gaubtai, tentas, priekinis stiklas su kampu.

Antena, veidrodis išvaizda, stogo bagažinės, papildomi žibintai ir kitos išsikišusios dalys arba atidaryti langai padidina oro pasipriešinimą.

Autotraukinio oro pasipriešinimo jėga priklauso ne tik nuo atskirų grandžių formos, bet ir nuo aplink jungtis tekančių oro srautų sąveikos (81 pav.). Intervaluose tarp jų susidaro papildomos turbulencijos, didinančios bendrą oro pasipriešinimą autotraukinio judėjimui. Tolimųjų reisų autotraukiniams, važiuojantiems greitkeliais dideliu greičiu, energijos sąnaudos oro pasipriešinimui įveikti gali siekti 50 % automobilio variklio galios. Jai sumažinti autotraukiniuose montuojami deflektoriai, stabilizatoriai, aptakai ir kiti įrenginiai (82 pav.). Pasak prof. A.N. Evgrafova, sumontuotų aerodinaminių elementų rinkinio naudojimas sumažina koeficientą c x puspriekabė autotraukinys 41%, prikabinamas traukinys - 45%.

Ryžiai. 81.

Ryžiai. 82.

Esant greičiui iki 40 km/h jėga Pw asfaltuotame kelyje yra mažesnis pasipriešinimas riedėjimui, dėl to į jį neatsižvelgiama. Virš 100 km/h oro pasipriešinimo jėga yra pagrindinė traukos pusiausvyros praradimo dalis.

Instrukcijos

Raskite pasipriešinimo judėjimui jėgą, kuri veikia tolygiai tiesia linija judantį kūną. Norėdami tai padaryti, dinamometru ar kitu metodu išmatuokite jėgą, kuri turi būti taikoma kūnui, kad jis judėtų tolygiai ir tiesia linija. Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, jis skaitiniu požiūriu bus lygus kūno judėjimo pasipriešinimo jėgai.

Nustatykite pasipriešinimo jėgą kūno, kuris juda kartu, judėjimui horizontalus paviršius. Šiuo atveju trinties jėga yra tiesiogiai proporcinga atramos reakcijos jėgai, kuri, savo ruožtu, yra lygi gravitacijos jėgai, veikiančiai kūną. Todėl pasipriešinimo judėjimui jėga šiuo atveju arba trinties jėga Ftr yra lygi kūno masės m, kuri matuojama svarstyklėmis kilogramais, ir pagreičio sandaugai laisvasis kritimas g≈9,8 m/s² ir proporcingumo koeficientas μ, Ftr=μ∙m∙g. Skaičius μ vadinamas trinties koeficientu ir priklauso nuo paviršių, kurie liečiasi judant. Pavyzdžiui, trinčiai tarp plieno ir medienos šis koeficientas yra 0,5.

Apskaičiuokite pasipriešinimo jėgą išilgai judančio kūno judėjimui. Be trinties koeficiento μ, kūno masės m ir gravitacinio pagreičio g, jis priklauso nuo plokštumos pasvirimo kampo į horizontą α. Norėdami rasti pasipriešinimo judėjimui jėgą šiuo atveju, turite rasti trinties koeficiento, kūno masės, gravitacijos pagreičio ir kampo, kuriuo plokštuma yra į horizontą, kosinusą Ftr = μ∙m∙g ∙cos(α).

Kai kūnas juda ore nedideliu greičiu, pasipriešinimo jėga Fс yra tiesiogiai proporcinga kūno greičiui v, Fc=α∙v. Koeficientas α priklauso nuo korpuso savybių ir terpės klampumo ir skaičiuojamas atskirai. Judant dideliu greičiu, pavyzdžiui, kėbului krentant iš didelio aukščio arba pajudant automobiliui, pasipriešinimo jėga yra tiesiogiai proporcinga greičio Fc=β∙v² kvadratui. Koeficientas β papildomai apskaičiuojamas dideliu greičiu.

Šaltiniai:

• 1 Bendroji formulė oro pasipriešinimo jėgai Paveikslėlyje

Norint nustatyti stiprumo pasipriešinimas oro sudaryti sąlygas, kuriomis kūnas, veikiamas gravitacijos, pradėtų tolygiai ir tiesiškai judėti. Apskaičiuokite gravitacijos reikšmę, ji bus lygi oro pasipriešinimo jėgai. Jei kūnas juda ore, didindamas greitį, jo pasipriešinimo jėga randama pagal Niutono dėsnius, o oro pasipriešinimo jėgą taip pat galima rasti pagal išsaugojimo dėsnį. mechaninė energija ir specialios aerodinaminės formulės.

Jums reikės

• nuotolio ieškiklis, svarstyklės, spidometras arba radaras, liniuotė, chronometras.

Instrukcijos

Prieš matavimą pasipriešinimas Naudotą rezistorių būtinai išlituokite iš senos plokštės ar bloko. Priešingu atveju jį gali apeiti kitos grandinės dalys, ir jūs gausite neteisingus rodmenis. pasipriešinimas.

Video tema

Norėdami rasti elektrinė varža laidininkas, naudojimas atitinkamas formules. Grandinės sekcijos varža randama pagal Omo dėsnį. Jei žinoma laidininko medžiaga ir geometriniai matmenys, jo varžą galima apskaičiuoti naudojant specialią formulę.

Jums reikės

• - testeris;
• - apkaba;
• - valdovas.

Instrukcijos

Prisiminkite, ką reiškia rezistoriaus sąvoka. IN šiuo atveju Rezistorius reiškia bet kokį laidininką ar elementą elektros grandinė, turintis aktyvų varžą. Dabar svarbu užduoti klausimą, kaip pasipriešinimo vertės pokytis veikia srovės vertę ir nuo ko ji priklauso. Atsparumo reiškinio esmė yra ta, kad rezistoriai sudaro tam tikrą barjerą elektros krūviai. Kuo didesnė medžiagos varža, tuo tankiau yra atomai išsidėstę rezistencinės medžiagos gardelėje. Šis modelis paaiškina Omo dėsnį grandinės atkarpai. Kaip žinote, Omo dėsnis grandinės atkarpai yra toks: srovės stipris grandinės atkarpoje yra tiesiogiai proporcingas įtampai atkarpoje ir atvirkščiai proporcingas pačios grandinės atkarpos varžai.

Ant popieriaus lapo nubraižykite srovės priklausomybės nuo įtampos per rezistorių, taip pat nuo jos varžos grafiką, remiantis Ohmo įstatymu. Pirmuoju atveju gausite hiperbolės grafiką, o antruoju atveju – tiesės grafiką. Taigi, srovės stipris bus didesnis, tuo didesnė įtampa per rezistorių ir mažesnis pasipriešinimas. Be to, priklausomybė nuo pasipriešinimo čia yra ryškesnė, nes ji atrodo kaip hiperbolė.

Atkreipkite dėmesį, kad kintant temperatūrai keičiasi ir rezistoriaus varža. Jei kaitinsite varžinį elementą ir stebėsite srovės stiprumo kitimą, pastebėsite, kaip srovė mažėja kylant temperatūrai. Šis modelis paaiškinamas tuo, kad kylant temperatūrai didėja atomų vibracijos mazguose kristalinė gardelė rezistorius, taip sumažinant laisvą erdvę įkrautoms dalelėms praeiti. Kita priežastis, dėl kurios sumažėja srovės stiprumas šiuo atveju, yra tai, kad didėjant medžiagos temperatūrai, didėja chaotiškas dalelių, įskaitant įkrautas, judėjimas. Taigi judėjimas laisvųjų dalelių rezistoriuje įeina didesniu mastu chaotiškas nei kryptingas, o tai turi įtakos srovės stiprumo mažėjimui.

Video tema

Oro pasipriešinimo jėgos dydis priklauso nuo sviedinio formos, jo kūno paviršiaus būklės, didžiausio skerspjūvio ploto, oro tankio, sviedinio greičio oro atžvilgiu, greičio. garso sklidimo ir sviedinio išilginės ašies padėtis sviedinio greičio vektoriaus atžvilgiu.

Trumpai panagrinėkime, kaip aukščiau išvardyti veiksniai veikia oro pasipriešinimo jėgos dydį.

Sviedinio paviršiaus forma ir būklė. Svarstant oro pasipriešinimo jėgos atsiradimą lemiančius veiksnius buvo nurodyta sviedinio formos ir jo paviršiaus būklės įtaka oro pasipriešinimo jėgos dydžiui.

Ryžiai. 12. Sviedinio formos įtaka galvos ir uodegos formavimuisi

bangos ir turbulencija už sviedinio:

A- cilindrinis sviedinys; b - rutulinis sviedinys (šerdis); V - pailgas sviedinys su cilindrine diržo dalimi (sena stipriai sprogi granata);

G-pailgas sviedinys su kūgio formos diržo dalimi

Bangos ir sūkurio pasipriešinimo dydžio priklausomybė nuo sviedinio formos aiškiai matoma Fig. 12, kuriame pavaizduotos maždaug tokiu pat pradiniu greičiu paleistų sviedinių momentinės nuotraukos.

Mažiausios bangos ir turbulencija gaunama iš sviedinio, kurio galvos dalis yra smailiausia ir apatinė dalis yra nuožulni, didžiausios bangos o sūkuriai – cilindriniam sviediniui.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad renkantis optimalią sviedinio formą, kartu su oro pasipriešinimo mažinimu, būtina užtikrinti ir sviedinio skrydžio stabilumą, racionalus naudojimas metalo, įrangos ir veiksmingas veiksmas sviedinys į taikinį; taigi kriauklės įvairių tipų turi skirtingas formas.

Oro pasipriešinimo jėgos dydžio priklausomybė nuo sviedinio formos išreiškiama formos koeficientu i.

Už sviedinį šio tipo, kurio forma imama kaip standartinė, imamas formos koeficientas lygus vienam. Keičiant sviedinio formą, palyginti su etaloniniu, formos koeficientas nustatomas eksperimentiniu būdu.

Didžiausias skerspjūvio plotas. Jei nutacijos kampas δ = 0, tada kiekis elementariosios dalelės oro, kurį sviedinys sutiks savo kelyje, su kitais vienodos sąlygos priklausys nuo jo didžiausio skerspjūvio ploto. Kaip didesnis plotas sviedinio skerspjūvio, kuo daugiau elementariųjų oro dalelių veiks sviedinį, tuo didesnė bus oro pasipriešinimo jėga. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad oro pasipriešinimo jėga kinta proporcingai sviedinio skerspjūvio ploto pokyčiui.

Oro tankis. Oro tankis reiškia oro masę tūrio vienete. Oro masės tūrio vienete pokytis gali atsirasti dėl elementariųjų dalelių (molekulių) skaičiaus pasikeitimo tūrio vienete arba dėl kiekvienos dalelės masės pasikeitimo. Jei, pavyzdžiui, oro tankis padidėjo, tai reiškia, kad arba padidėjo elementariųjų dalelių skaičius kiekviename oro tūrio vienete, arba padidėjo dalelių masė (arba abi kartu), o jei taip, tada oro poveikio jėga kiekvienam sviedinio paviršiaus ploto vienetui padidės, todėl padidės bendras oro pasipriešinimas.

Nustatyta, kad oro pasipriešinimo jėga kinta proporcingai oro tankio pokyčiui.

Sviedinio greitis. Tyrimai rodo, kad oro pasipriešinimo jėga yra tiesiogiai proporcinga sviedinio greičio, palyginti su oru, kvadratui. Jei, pavyzdžiui, sviedinio greitis oro atžvilgiu padvigubėja, tai oro pasipriešinimo jėga padidės keturis kartus.

Tai paaiškinama tuo, kad, pirma, padidėjus sviedinio greičiui, per kiekvieną laiko vienetą jis savo kelyje susidurs su daugiau elementarių oro dalelių ir, antra, oro dalelių inercija didesniu greičiu „turi sviedinys bus įveiktas per trumpesnį laiką, o tai sukels didesnį oro dalelių pasipriešinimą.

Garso sklidimo ore greitis. Bangos pasipriešinimo susidarymas, kaip parodyta aukščiau, atsiranda tuo metu, kai tampa sviedinio greitis vienodas greitis garsas, t. y. tuo metu, kai

Kur v- sviedinio greitis ir A- garso greitis ore.

Garso greitis ore nėra pastovus (priklauso nuo oro temperatūros ir drėgmės). Vadinasi, esant tokiam pačiam sviedinio greičiui, dėl garso greičio pokyčių ore bangos pasipriešinimo dydis ir visa oro pasipriešinimo jėga gali skirtis. Į oro pasipriešinimo jėgos dydžio priklausomybę nuo garso sklidimo greičio atsižvelgiama specialiu koeficientu. Didumas , priklauso nuo sviedinio dydžio ir formos. Šios priklausomybės grafikas parodytas fig. 13.

Ryžiai. 13. Funkcijų grafikas:

A.- sviedinys su cilindrine diržo dalimi (sena labai sprogi granata);

b - pailgas sviedinys su kūgio formos diržo dalimi

Sviedinio išilginės ašies padėtis trajektorijos liestinės (greičio vektoriaus) atžvilgiu. Sviedinio skrydį ore lydi kompleksas svyruojantys judesiai aplink svorio centrą, dėl to sviedinio išilginė ašis nesutampa su skrydžio kryptimi (su greičio vektoriumi), t.y., atsiranda nutacijos kampai.

Kai atsiranda nutacijos kampas, sviedinys nebeskrenda galvos dalimi į priekį, o dalį savo šoninio paviršiaus atskleidžia artėjančiam oro srautui. Dėl šios priežasties oro srauto aplink sviedinį sąlygos taip pat smarkiai pablogėja.

Visa tai smarkiai padidina oro pasipriešinimo jėgą. Siekiant sumažinti šio faktoriaus įtaką, imamasi priemonių sviedinio skrydžiui stabilizuoti, t.y., sumažinti nutacijos kampus.

Taigi įtaka įvairių veiksnių oro pasipriešinimo jėgos dydis yra sudėtingas ir daugialypis. Todėl oro pasipriešinimo jėga dažniausiai nustatoma eksperimentiniu būdu, esant sąlygoms, kai oro pasipriešinimo jėga viso judėjimo metu yra veikiama jo svorio centrui ir nukreipiama liestiniu būdu į trajektoriją, t.y., nėra nutacijos kampų.

Oro pasipriešinimo jėgos dydis išreiškiamas įvairiai empirines formules. Vienas iš labiausiai paplitusių turi formą

(1.7)

Kur R- oro pasipriešinimo jėgos dydis, kg;

aš- formos faktorius;

S- sviedinio skerspjūvio plotas, m 2;

ρ - oro tankis (masė 1 m 3 duoto oro jis lygus

Kur P- svoris 1 m 3 oras arba oro masės tankis);

v- sviedinio greitis oro atžvilgiu, m/s;

Empirinis koeficientas, atsižvelgiant į kiekio įtaką

sviedinio greičio ir garso greičio santykis, priklausantis nuo sviedinio formos.

1.7 formulėje dydis turi nepriklausomą reikšmę, nes tai ne kas kita, kaip kinetinė energija arba darbo jėgos 1 m 3 oro. Ši vertė vadinama greičio slėgiu.

10 paskaita

4 tema. 2 užsiėmimas. Sviedinio trenksmas vėjyje

1. Pagreitinkite arba palaikykite vėją. Skersinis išsikišimas ir balistinis koeficientas.

2. Poreikis priimti pasaulį, kad būtų užtikrintas sviedinio stabilumas lauke.

3. Tvirtai apvynioto sviedinio smūgis lauke. Išvestinė.