Como calcular a força de arrasto

Posted on
Autor: Monica Porter
Data De Criação: 22 Marchar 2021
Data De Atualização: 17 Poderia 2024
Anonim
Como calcular a força de arrasto - Ciência
Como calcular a força de arrasto - Ciência

Contente

Todo mundo está intuitivamente familiarizado com o conceito de força de arrasto. Quando você anda pela água ou anda de bicicleta, percebe que quanto mais trabalho você exerce e mais rápido se move, mais resistência obtém da água ou do ar circundante, os quais são considerados fluidos pelos físicos. Na ausência de forças de arrasto, o mundo pode ser tratado com home runs de 1.000 pés no beisebol, recordes mundiais muito mais rápidos no atletismo e carros com níveis sobrenaturais de economia de combustível.

As forças de arrasto, sendo restritivas e não propulsivas, não são tão dramáticas quanto outras forças naturais, mas são críticas na engenharia mecânica e nas disciplinas relacionadas. Graças aos esforços de cientistas com matemáticas, é possível não apenas identificar forças de arrasto na natureza, mas também calcular seus valores numéricos em uma variedade de situações cotidianas.

A equação da força de arrasto

Pressão, em física, é definida como força por unidade de área: P = F / A. Usando "D" para representar especificamente a força de arrasto, essa equação pode ser reorganizada para D = CPA, em que C é uma constante de proporcionalidade que varia de objeto para objeto. A pressão sobre um objeto que se move através de um fluido pode ser expressa como (1/2) ρv2, onde ρ (a letra grega rho) é a densidade do fluido ev é a velocidade dos objetos.

Portanto, D = (1/2) (C) (ρ) (v2)(UMA).

Observe várias conseqüências dessa equação: A força de arrasto aumenta em proporção direta à densidade e à área de superfície, e aumenta com o quadrado da velocidade. Se você estiver correndo a 16 quilômetros por hora, experimentará quatro vezes o arrasto aerodinâmico, como em 8 quilômetros por hora, com todo o resto mantido constante.

Arraste a força em um objeto em queda

Uma das equações de movimento de um objeto em queda livre da mecânica clássica é v = v0 + às. Nele, v = velocidade no tempo t, v0 é a velocidade inicial (geralmente zero), a é a aceleração devido à gravidade (9,8 m / s2 na Terra), e t é o tempo decorrido em segundos. É óbvio que, à primeira vista, um objeto caído de uma grande altura cairia a uma velocidade cada vez maior se essa equação fosse estritamente verdadeira, mas não é por negligenciar a força de arrasto.

Quando a soma das forças que atuam sobre um objeto é zero, ele não está mais acelerando, embora possa estar se movendo a uma velocidade alta e constante. Assim, um pára-quedista atinge sua velocidade terminal quando a força de arrasto é igual à força da gravidade. Ela pode manipular isso através da postura corporal, o que afeta A na equação do arrasto. A velocidade terminal é de cerca de 320 quilômetros por hora.

Arraste a força em um nadador

Nadadores competitivos enfrentam quatro forças distintas: gravidade e flutuabilidade, que se contrapõem no plano vertical, e arrasto e propulsão, que agem em direções opostas no plano horizontal. De fato, a força propulsora nada mais é do que uma força de arrasto aplicada pelos pés e mãos dos nadadores para superar a força de arrasto da água, que, como você provavelmente supôs, é significativamente maior que a do ar.

Até 2010, os nadadores olímpicos tinham permissão para usar roupas especialmente aerodinâmicas que só existiam há alguns anos. O corpo diretivo da natação baniu os trajes porque seu efeito foi tão pronunciado que os recordes mundiais estavam sendo quebrados por atletas que, de outra forma, não eram notáveis ​​(mas ainda eram de classe mundial) sem os trajes.