Закон ома

Силы, действующие на автомобиль

Независимо
от того, движется автомобиль, или он
неподвижен, на него действует сила
тяжести (вес),
направленная отвесно вниз. Сила тяжести
прижимает колеса автомобиля к дороге.
Равная ей и направленная вверх действует
сила реакции дороги.

Равнодействующая
этих сил размещена в центре тяжести.
Распределение веса автомобиля по осям
зависит от расположения центра тяжести.
Чем ближе к одной или другой оси центр
тяжести, тем большей будет нагрузка на
эту ось.
На груженых легковых автомобилях
нагрузка на оси распределяется поровну.
Большое влияние на устойчивость и
управляемость автомобиля имеет
расположение центра тяжести. Чем выше
центр тяжести, тем менее устойчивым
будет автомобиль.

Если
автомобиль находится на горизонтальной
поверхности, то сила тяжести направлена
отвесно вниз. На наклонной поверхности
она раскладывается на две силы, одна из
которых прижимает колеса к поверхности
дороги, а другая стремится опрокинуть
автомобиль.

Во
время движения, кроме силы тяжести, на
автомобиль действует и ряд других сил,
на преодоление которых затрачивается
мощность двигателя.

Сила
инерции движения –
величина, которая состоит из силы,
необходимой для ускорения движения, и
силы, необходимой для углового ускорения
вращающихся частей автомобиля. Движение
автомобиля возможно только при условии,
что его колеса будут иметь достаточное
сцепление с поверхностью дороги. Если
сила сцепления будет недостаточной
(меньше величины силы тяги ведущих
колес), то колеса пробуксовывают.

Сила
сцепления с дорогой 
зависит от веса, приходящегося на колесо,
от состояния покрытия дороги, давления
воздуха в шинах и рисунка
протектора.
Коэффициент сцепления
зависит от вида покрытия дороги и от
его состояния: наличие влаги, грязи,
снега, льда.

№ п/п	Покрытиедороги	Коэффициент сцепленияна сухой поверхности	Коэффициент сцепленияна мокрой поверхности
1	Асфальтобетонное	0,70 — 0,80	0,30 — 0,40
2	Щебенчатое	0,60 — 0,70	0,30 — 0,40
3	Булыжное	0,50 — 0,60	0,30 — 0,35
4	Грунтовые дороги	0,50 — 0,60	0,30 — 0,40
5	Глина	0,50 — 0,60	0,20 — 0,40
6	Песок	0,50 — 0,60	0,40 — 0,50
7	Уплотненный снег	0,20 — 0,30	—
8	Обледенелая дорога	0,08 — 0,10	—

На
дорогах с асфальтобетонным покрытием
коэффициент сцепления резко уменьшается,
если на поверхности имеется влажная
грязь, пыль. В жаркую погоду на асфальте
появляется маслянистая пленка из
выступающего битума, которая снижает
коэффициент сцепления.

Уменьшение
коэффициента сцепления колес с дорогой
наблюдается также при увеличении
скорости движения на сухой дороге с
асфальтобетонным покрытием с 30 до 60
км/час, коэффициент сцепления уменьшается
на 0,15.
 

Сила
сопротивления качению –
сила, затрачиваемая на:

1. деформирование
   шины и дороги;

2. трение
   шины о дорогу;

3. трение
   в подшипниках ведущих колес.

Сила
сопротивления воздуха –
величина этой силы зависит от формы или
обтекаемости автомобиля, относительной
скорости движения и плотности воздуха.

Значение
коэффициента лобового сопротивления
и лобовая площадь определяется
заводом-изготовителем. Изменение этих
параметров может произойти из-за
установки на кузове-кабине автомобиля
разных вспомогательных устройств:
дополнительное зеркало заднего вида,
багажник на крыше автомобиля.В большинстве
случаев это отрицательно сказывается
на эксплуатационных свойствах
автомобиля.
Установка на крыше
автомобиля багажника и езда с ним без
груза увеличивает силу сопротивления
воздуха настолько, что расход
топлива возрастает на 5% – 10%.
Особенно опасно изменение обтекаемости
автомобиля при его движении. Если при
движении автомобиля со скоростью более
80 км/час открыть, а затем захлопнуть
боковую дверь, то весьма вероятна, даже
на сухой дороге, потеря автомобилем
курсовой устойчивости.

Сила
сопротивления подъему –
зависит от веса автомобиля и угла
подъема.
Опрокидывающая сила –
действует на автомобиль при торможении
и разгоне.

Формулы для расчета мощности тока

Измеряется электрическая мощность в ваттах (Вт). Ток в 1А и с напряжением в 1 В обладает мощностью в 1Вт. Для того, чтобы узнать, как определить мощность тока, необходимо воспользоваться следующей формулой: P=U*I (А), где U, I – это напряжение электрического поля и сила тока соответственно, а P – его мощность.

Чтобы понять, как правильно пользоваться формулой, рассмотрим небольшой пример. Допустим, подано напряжение на резистор в 150В и по нему идет ток в 0,2А. Какая на данном резисторе развивается мощность? P=150*0.2=30Вт.

Существует еще один способ вычисления мощности электрического тока. Если известно сопротивление цепи и сила тока, то необходимо воспользоваться законом Ома (применима формула для участка цепи): U=I*R (Б)

Теперь подставим формулу (Б) в формулу (А) и получим формулу (В): P=I 2 R (В). Предположим, что через реостат, сопротивление которого равно 5 Ом, проходит с силой 0,5А ток. Определить мощность, которая теряется в реостате? P=0.5 2 *5=1.25Вт.

Если сила тока нам неизвестна, но мы знаем напряжение и сопротивление, то тоже возможно определить мощность. Из закона Ома I=U/R, тогда пользуясь формулой (А) мощность тока равна: P=U 2 /R (Г)

Реостат имеет сопротивление в 5 Ом, а напряжение в нем 2,5В, тогда мощность согласно формуле (Г) будет равна: P=2.5 2 /5= 1.25Вт. Если вам известны любые два значения из формулы для закона Ома (если рассмотреть участок цепи), то всегда можно определить мощность тока.

Вспомнив определение мощности, можно записать еще одну формулу для её расчета: P=A/t (Д), где P – это мощность, А – работа электрического тока, а t – время, за которое совершается эта работа.

Выбирая тот или иной бытовой прибор в магазине, мы часто задаемся вопросом о том, сколько же денег нам придется заплатить за его использование. Особенно это касается обогревателя, работающего на электричестве. Иногда, пользуясь сварочным аппаратом или электродвигателем, мы даже не подозреваем о том, сколько он потребляет электроэнергии. Но как же узнать необходимые нам цифры, если данные о приборах не известны.

ФИЗИКА

§ 3.15. Сила сопротивления при движении тел в жидкостях и газах

При движении твердого тела в жидкости или газе или при движении одного слоя жидкости (газа) относительно другого тоже возникает сила, тормозящая движение, — сила жидкого трения или сила сопротивления.

Сила сопротивления направлена параллельно поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью (газом) в сторону, противоположную скорости тела относительно среды, и тормозит движение(1).

Сила сопротивления (жидкого трения) обычно значительно меньше силы сухого трения. Именно поэтому для уменьшения сил трения между движущимися деталями машин применяют смазку.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при относительном движении тела и окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует. Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжелое тело, например баржу, в то время как сдвинуть с места, скажем, гусеничный трактор усилием рук просто невозможно.

Убедитесь в том, что плавающий деревянный брусок сразу же придет в движение, если на него слегка подуть. Попробуйте проделать то же самое с бруском, лежащим на столе.

Модуль силы сопротивления _c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств (вязкости) среды (жидкости или газа), в которой движется тело, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Для того чтобы уменьшить силу сопротивления среды, телу придают обтекаемую форму. Наиболее выгодна в этом отношении сигарообразная форма (рис. 3.40), близкая к форме падающей капли дождя или рыбы.

Рис. 3.40

Влияние формы тела на силу сопротивления наглядно показано на рисунке 3.41. Модуль силы сопротивления цилиндра обозначим через . Конусообразная насадка к цилиндру уменьшает силу сопротивления от 1/2 до 1/4 в зависимости от размера угла при вершине конуса. Сглаженная насадка доводит силу сопротивления до 1/5. Наконец, если придать телу сигарообразную форму, то при том же поперечном сечении сила сопротивления уменьшается до 1/25. По сравнению с телом сигарообразной формы сила сопротивления для шара (имеющего такую же площадь поперечного сечения) больше в несколько раз, а для тонкого диска, плоскость которого перпендикулярна направлению скорости, — в несколько десятков раз. Особенно велика сила сопротивления, возникающая при движении полусферы вогнутой стороной вперед. По этой причине парашюты имеют часто форму полусферы.

Рис. 3.41

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела приведен на рисунке 3.42. Если тело неподвижно относительно вязкой среды (относительная скорость равна нулю), то сила сопротивления равна нулю. С увеличением относительной скорости сила сопротивления растет медленно, а потом все быстрее и быстрее.

Рис. 3.42

При малых скоростях движения в жидкости (газе) силу сопротивления можно считать приближенно прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

где k₁ — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — ее вязкости. Коэффициент k₂ в СИ выражается в Н • с/м = кг/с. Его значение определяют опытным путем.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

где коэффициент сопротивления k₂ выражается в Н • с2/м2 = = кг/м.

Какую именно формулу следует применять в данном конкретном случае, устанавливают опытным путем. При падении тел в воздухе сила сопротивления становится пропорциональной квадрату скорости практически с самого начала падения.

При ускоренном движении тела в жидкости для учета воздействия жидкости на это тело надо к массе тела прибавить так называемую присоединенную массу. Присоединенная масса зависит от формы тела и плотности среды. В дальнейшем при решении задач присоединенную массу мы учитывать не будем.

Жидкое трение возникает между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется. При медленном движении сила сопротивления пропорциональна скорости, а при быстром — квадрату скорости.

(1) Впрочем, движущийся поток воды или воздуха может увлекать за собой тело. Например, когда ветер гонит опавшие листья, то сила трения со стороны воздуха направлена по движению листьев. Но и в этом случае она противоположна скорости движения тела (листьев) относительно среды (воздуха). В приведенном примере воздух и листья, хотя и движутся в одном направлении, но скорость воздуха больше, листья отстают от ветра.

Физический смысл

Физический смысл какой из двух «центробежных сил» — которую вводят во вращающейся СО или которую особенно называют в технической литературе — здесь описан? Введение плохо согласуется с разделом «Физический смысл»: во введении описаны две принципиально разные силы.

Начиная с рассуждения про движение Земли речи о центробежной силе вообще нет. В целом весь абзац лишь затуманивает мысль автора (тем более — статью о центробежной силе). К следующему разделу («Формулировка») данный раздел вообще отношения не имеет.

Ужасная в текущем виде статья: вместо разъяснения только запутывает. 62.158.129.52 22:05, 6 ноября 2011 (UTC)

6.5.Сила упругости. Закон Гука.

При
действии на тело внешних сил, возникает
упругая и неупругая деформация.

П

x

x=0

ри упругой деформации тело после
прекращения действия внешних сил
полностью восстанавливает свою форму
и размеры. При неупругой деформации
форма и размеры тела не восстанавливаются.

Упругая
деформация пружины.

При растяжении пружины (рис 2.14) на
величинуотносительно её равновесного состояния
(х= 0) возникает упругая сила,
которая возвращает пружину в прежнее
положение после прекращения действия
внешней силы. Модуль упругой силы,
возникающей прилинейном растяжении
или сжатии пружины определяется законом
Гука.

,
(2.56)

где– проекция силы упругости на осьx,
знак минус учитывает противоположные
направления силыи перемещения пружины.

Деформация стержня

Стержень длинной lи сечениемSпри действии
силиперпендикулярно его торцам в противоположных
направлениях деформируется (растягивается
или сжимается) (рис 2.15). Деформация
стержня определяется относительной
величиной

(2.57)

где ∆l=l — l
, l—длинна стержня
после деформации.

Рис. 2.15

Опыт показывает, что

,
(2.58)

где α
– коэффициент упругости стержня,

=σ
– нормальное напряжение, измеряемое в(паскаль).

Наряду с коэффициентом упругости aдля характеристики упругих свойств тел
при нормальных напряжениях используютмодуль ЮнгаЕ = 1/a,
который, как и напряжение, измеряется
в паскалях.

Относительное удлинение (сжатие) и
модуль Юнга в соответствии с равенствами
(2.13 и 2.14) определяется из соотношений:

,.
(2.59)

Модуль Юнга равен такому нормальному
напряжению, при котором деформация
стержня Dlравна его первоначальной длинеl.
В действительности при таких напряжениях
происходит разрушение стержня.

Решая уравнение (2.58) относительно F,
и подставляя вместоe=Dl/l,a= 1/Е, получим формулу
для определения силы деформирующей
стержень с сечениемSна
величину

,
(2.60)

где–
постоянный для стержня коэффициент,
который в соответствии с законом Гука
соответствует коэффициенту упругости
стержня при его сжатии и растяжении.

При действии на стержень касательного
(тангенциального) напряжения

силы
F₁ иF₂приложены параллельно противоположным
граням площадьюSпрямоугольного стержня вызываютдеформацию сдвига (рис
2.16).

b

Рис. 2.16

Если действие сил равномерно распределено
по всей поверхности соответствующей
грани, то в любом сечении, параллельном
этим граням, возникает тангенциальное
напряжение.
Под действием напряжений тело деформируется
так, что одна грань сместиться относительно
другой на некоторое расстояниеа. Если
тело мысленно разбить на элементарные,
параллельные рассматриваем граням
слои, то каждый слой окажется сдвинутым
относительно соседних с ним слоев.

При деформации сдвига любая прямая,
первоначально перпендикулярная к слоям,
отклонится на некоторый угол φ. тангенс
которого называется относительным
сдвигом

,
(2.61)

где b– высота грани. При
упругих деформациях угол φ очень мал,
поэтому можно считать, чтои.

Опыт показывает, что относительный
сдвиг пропорционален тангенциальному
напряжению

,
(2.62)

где G– модуль сдвига.

Модуль сдвигазависит только от свойств материала и
равен тангенциальному напряжению при
угле φ = 45˚. Модуль сдвига так же, как и
модуль Юнга измеряется в паскалях (Па).
Сдвиг стержня на уголвызывает сила

=GSφ,
(2.63)

где
G·S– коэффициент упругости стержня при
деформации сдвига.

Первый закон Ньютона

Барабанную дробь, пожалуйста! Законы Ньютона описывают силы и движение, а его первый закон гласит: “Объект находится в состоянии равновесия или прямолинейном движении с постоянной скоростью, если не подвергается внешнему воздействию”. Нужен перевод? Если вы не прилагаете силу к объекту в покое или “постоянном” движении, то он останется в покое или таком же движении по прямой. Причем вечно!

Например, при игре в хоккей шайба после удара движется к воротам по прямой, скользя по льду почти без трения. В случае удачи соперник не сможет зацепить шайбу своей клюшкой, т.е. не сможет изменить “постоянное” движение шайбы по прямой (и воспрепятствовать голу).

Первый закон Ньютона утверждает лишь то, что единственным способом изменения движения является приложение внешней силы. Иначе говоря, сила является причиной движения. Кроме того, он гласит, что движущийся объект стремится оставаться в движении, что приводит к идее инерции.

Поддерживаем движение: инерция и масса

Инерция — это естественная тенденция объекта оставаться в покое или в движении с постоянной скоростью вдоль прямой линии. Инерция вызвана массой, а масса объекта является мерой инерции. Чтобы привести объект в движение, т.е. изменить его текущее состояние движения, необходимо приложить силу для преодоления инерции.

Представьте себе причал с маленькой шлюпкой и большим танкером с нефтью. Если попробовать толкнуть их ногой, то поведение этих судов будет разным. Шлюпка заскользит по водной глади, а танкер едва “вздрогнет” (да и для этого потребуется невероятно сильный толчок!). Дело в том, что они обладают совершенно разной массой и потому разной инерцией. В ответ на одинаковую силу объект с малой массой (и малой инерцией) ускорится в большей мере, чем объект с малой массой и большей инерцией.

Инерция, т.е. тенденция массы сохранять неизменность текущего состояния движения, иногда может представлять проблему. Например, в рефрижераторе тяжелые туши мороженного мяса подвешены к потолку кузова. Если рефрижератор войдет в крутой поворот на большой скорости, то туши по инерции начнут раскачиваться, как маятники, и их трудно будет остановить. Часто неопытные водители не учитывают инерцию туш мяса, и это приводит к печальным последствиям, например к опрокидыванию машины.

Измеряем массу

В разных системах измерения физических величин для указания массы (а значит, и инерции) используются разные единицы. В системе СГС используется грамм, а в системе СИ — килограмм, который содержит 1000 грамм.

А какая единица используется в Английской системе мер на основе фута-фунта- дюйма? Наберитесь мужества: в ней используется единица “слаг”, которая эквивалентна 14,5939 килограмма.

Рассмотрим, как работает измеритель мощности в розетку

Если вам необходимо узнать, какой мощностью обладает тот или иной предмет, можно замерять с помощью прибора мультиметра силу тока и напряжение, а затем их просто перемножить. Есть и приборы, которые определяют и мощность. Они называются ваттметры. Показатель мощности рассчитывает встроенный калькулятор, и показатель сразу появляется на его дисплее.

Как пользоваться ваттметром и мультиметром:

1. Вставляем прибор в розетку 220В;
2. В ваттметр вставляем вилку прибора, который нам нужно замерять;
3. Ждем, когда на дисплее появится требуемый показатель.

На задней панели прибора есть отсек под батарейки, идущие обычно в комплекте. На пластине рядом имеется информация с характеристиками самого ваттметра, его номер, а также вилка. На внешней стороне находится дисплей. Управление осуществляется 4 кнопками, возле которых размещена розетка для подключения бытовых приборов, оборудования и техники.

С помощью четвертой кнопки Value вы сможете переключить и определить следующие измеряемые параметры:

• Напряжение сети;
• Мощность, которую потребляет подключенное устройство;
• Потребляемая прибором сила тока.

При установленном граничном показателе, относительно напряжению и току, одной из характеристик прибор будет давать сигнал. Это означает перегрузку.

Центробежная сила

Во вращающейся системе отсчета наблюдатель испытывает на себе действие силы, уводящей его от оси вращения.

Вам, наверное, доводилось испытывать неприятные ощущения, когда машина, в которой вы едете, входила в крутой вираж. Казалось, что сейчас вас так и выбросит на обочину. И если вспомнить законы механики Ньютона, то получается, что раз вас буквально вдавливало в дверцу, значит на вас действовала некая сила. Ее обычно называют «центробежная сила». Именно из-за центробежной силы так захватывает дух на крутых поворотах, когда эта сила прижимает вас к бортику автомобиля. (Между прочим, этот термин, происходящий от латинских слов centrum («центр») и fugus («бег»), ввел в научный обиход в 1689 году Исаак Ньютон.)

Стороннему наблюдателю, однако, всё будет представляться иначе. Когда машина закладывает вираж, наблюдатель сочтет, что вы просто продолжаете прямолинейное движение, как это и делало бы любое тело, на которое не оказывает действия никакая внешняя сила; а автомобиль отклоняется от прямолинейной траектории. Такому наблюдателю покажется, что это не вас прижимает к дверце машины, а, наоборот, дверца машины начинает давить на вас.

Впрочем, никаких противоречий между этими двумя точками зрения нет. В обеих системах отсчета события описываются одинаково и для этого описания используются одни и те же уравнения. Единственным отличием будет интерпретация происходящего внешним и внутренним наблюдателем. В этом смысле центробежная сила напоминает силу Кориолиса (см. Эффект Кориолиса), которая также действует во вращающихся системах отсчета.

Поскольку не все наблюдатели видят действие этой силы, физики часто называют центробежную силу фиктивной силой или псевдосилой. Однако мне кажется, что такая интерпретация может вводить в заблуждение. В конце концов, едва ли можно назвать фиктивной силу, которая ощутимо придавливает вас к дверце автомобиля. Просто всё дело в том, что, продолжая двигаться по инерции, ваше тело стремится сохранить прямолинейное направление движения, в то время как автомобиль от него уклоняется и из-за этого давит на вас.

Чтобы проиллюстрировать эквивалентность двух описаний центробежной силы, давайте немного поупражняемся в математике. Тело, движущееся с постоянной скоростью по окружности, движется с ускорением, поскольку оно всё время меняет направление. Это ускорение равно v2/r, где v — скорость, а r — радиус окружности. Соответственно, наблюдатель, находящийся в движущейся по окружности системе отсчета, будет испытывать центробежную силу, равную mv2/r.

Теперь обобщим сказанное: любое тело, движущееся по криволинейной траектории, — будь то пассажир в машине на вираже, мяч на веревочке, который вы раскручиваете над головой, или Земля на орбите вокруг Солнца — испытывает на себе действие силы, которая обусловлена давлением дверцы автомобиля, натяжением веревки или гравитационным притяжением Солнца. Назовем эту силу F. С точки зрения того, кто находится во вращающейся системе отсчета, тело не движется. Это означает, что внутренняя сила F уравновешивается внешней центробежной силой:

    F = mv2/r

Однако с точки зрения наблюдателя, находящегося вне вращающейся системы отсчета, тело (вы, мяч, Земля) движется равноускоренно под воздействием внешней силы. Согласно второму закону механики Ньютона, отношение между силой и ускорением в этом случае F = ma. Подставив в это уравнение формулу ускорения для тела, движущегося по окружности, получим:

    F = ma = mv2/r

Но тем самым мы получили в точности уравнение для наблюдателя, находящегося во вращающейся системе отсчета. Значит, оба наблюдателя приходят к идентичным результатам относительно величины действующей силы, хотя и исходят из разных предпосылок.

Это очень важная иллюстрация того, что представляет собою механика как наука. Наблюдатели, находящиеся в различных системах отсчета, могут описывать происходящие явления совершенно по-разному. Однако, сколь бы принципиальными ни были различия в подходах к описанию наблюдаемых ими явлений, уравнения, их описывающие, окажутся идентичными. А это — не что иное, как принцип инвариантности законов природы, лежащий в основе теории относительности.

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.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

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

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 мс до раскрытия парашюта, а после – со скоростью 8 мс. Определить силу натяжения строп при раскрытии парашюта. Масса парашютиста 65 кг, ускорение свободного падения 10 мс2. Обозначить пропорциональность Fтр относительно υ.

Дано: m1=65 кг, υ1=35 мс, υ2=8 мс.

Найти: T — ?

Решение

Рисунок 2

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

По второму закону Ньютона получаем:

=mg-kυ1.

Очевидно, что

k=mgυ1.

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

-mg-kυ2-T.

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

T=mg1-υ2υ1≈500 Н.

Ответ: T=500 Н.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Движение тел в жидкостях и газах. Сила сопротивления

Во всех реальных жидкостях при перемещении одних слоев относительно других возникают более или менее значительные силы трения.

Со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила. Это внутреннее трение называется вязкостью жидкости или газа. Эти силы направлены по касательной к поверхности слоев.

Пусть между двумя плоскостями находится слой жидкости (рис. 1); верхняя плоскость движется относительно нижней со скоростью . Мысленно разобьем жидкость на очень тонкие слои параллельными плоскостями, отстоящими на расстоянии друг от друга. Слои жидкости, касающиеся твердых тел, прилипают к ним. Промежуточные слои имеют распределение скоростей, изображенных на рис. 1. Пусть разность скоростей между соседними слоями . Величина , которая показывает, как быстро меняется скорость при переходе от слоя к слою, называется градиентом скорости.

Рис. 1

Расчеты показывают, что сила внутреннего трения между соседними слоями жидкости тем больше, чем больше площадь поверхности соприкосновения слоев, и зависит от быстроты изменения скорости при переходе от слоя к слою в направлении оси Ox, перпендикулярной скорости движения слоев:

где S — площадь соприкосновения слоев, — коэффициент внутреннего трения, или вязкость жидкости, — градиент скорости.

Вязкость зависит от температуры. С ростом температуры вязкость жидкости уменьшается.

При движении твердого тела в жидкости или газе также возникает сила сопротивления движению, которую называют силой вязкого трения. Но в отличие от сухого трения в жидкостях и газах отсутствует сила трения покоя. Наличие силы сопротивления движению тела в среде объясняется существованием внутреннего трения, обусловленного относительным движением слоев жидкости или газа.

Установлено, что сила вязкого трения зависит от скорости движения тела. Зависимость проекции силы вязкого трения от скорости показана на рисунке 2.

Рис. 2

Если скорость движения тела невелика, то сила сопротивления прямо пропорциональна модулю скорости: , где k — коэффициент пропорциональности, который зависит от рода вязкой среды, формы и размеров тела. Если скорость движения тела возрастает, то возрастает и сила сопротивления:

При увеличении скорости движения тела в жидкости или газе появляются вихри, тормозящие движение: вследствие вязкости в области, прилегающей к поверхности тела, образуется пограничный слой частиц, движущихся с меньшими скоростями. В результате тормозящего действия этого слоя возникает вращение частиц, и движение жидкости в пограничном слое становится вихревым. Если тело не имеет обтекаемой формы, то пограничный слой жидкости отрывается от поверхности тела. За телом возникает течение жидкости (газа), направленное противоположно набегающему потоку. Оторвавшийся пограничный слой, следуя за этим течением, образует вихри, вращающиеся в противоположные стороны, (рис. 3, б). Жидкость, вращающаяся в вихре, движется быстрее жидкости в стационарном потоке (рис. 3, а).

Поэтому с задней стороны обтекаемого тела, где образовались вихри, давление становится меньше, чем с передней. Разность давлений впереди и позади движущегося тела и создает сопротивление движению тела. В итоге с увеличением скорости сила сопротивления растет нелинейно (см. рис. 2).

Рис. 3

Сила сопротивления зависит от формы тела. Придание телу специально рассчитанной обтекаемой формы существенно уменьшает силу сопротивления, так как в этом случае жидкость всюду прилегает к его поверхности и позади него не завихрена (рис. 3, в).