الجميع على دراية بمفهوم قوة السحب. عندما تتجول في الماء أو تركب دراجة ، تلاحظ أنه كلما بذلت المزيد من العمل وكلما تحركت بشكل أسرع ، كلما زادت المقاومة التي تحصل عليها من الماء أو الهواء المحيط ، وكلاهما يعتبر سوائل علماء الفيزياء. في حالة عدم وجود قوى السحب ، قد يتم التعامل مع العالم بسباق 1000 قدم في لعبة البيسبول ، وأرقام قياسية عالمية أسرع في سباقات المضمار والميدان ، والسيارات ذات المستويات الخارقة من الاقتصاد في استهلاك الوقود.
قوى السحب ، كونها مقيدة وليست دافعة ، ليست دراماتيكية مثل القوى الطبيعية الأخرى ، لكنها حاسمة في الهندسة الميكانيكية والتخصصات ذات الصلة. بفضل جهود العلماء المهتمين بالرياضيات ، من الممكن ليس فقط تحديد قوى السحب في الطبيعة ولكن أيضًا لحساب قيمها العددية في مجموعة متنوعة من المواقف اليومية.
معادلة قوة السحب
يُعرَّف الضغط ، في الفيزياء ، بأنه القوة لكل وحدة مساحة:
P = \ frac {F} {A}
باستخدام "D" لتمثيل قوة السحب على وجه التحديد ، يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة إلى
D = CPA
حيث C هو ثابت التناسب الذي يختلف من كائن إلى كائن. يمكن التعبير عن الضغط الواقع على جسم يتحرك خلال سائل على أنه (1/2) v ، حيث ρ (الحرف اليوناني rho) هو كثافة السائل و v هي سرعة الجسم.
لذلك،
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
لاحظ عدة نتائج لهذه المعادلة: ترتفع قوة السحب بالتناسب المباشر مع الكثافة ومساحة السطح ، وترتفع مع مربع السرعة. إذا كنت تجري بسرعة 10 أميال في الساعة ، فإنك تواجه أربعة أضعاف السحب الديناميكي الهوائي كما تفعل عند 5 أميال في الساعة ، مع ثبات كل شيء آخر.
اسحب القوة على جسم ساقط
إحدى معادلات حركة الجسم في السقوط الحر من الميكانيكا الكلاسيكية هي
ت = v_0 + في
فيه ، v = السرعة في الوقت t ، v0 هي السرعة الابتدائية (عادة صفر) ، أ هو تسارع الجاذبية (9.8 م / ث2 على الأرض) ، و t هو الوقت المنقضي بالثواني. من الواضح للعيان أن جسمًا يسقط من ارتفاع كبير سوف يسقط بسرعة متزايدة إذا كانت هذه المعادلة صحيحة تمامًا ، لكن هذا ليس لأنه يهمل قوة السحب.
عندما يكون مجموع القوى المؤثرة على جسم ما هو صفر ، فإنه لم يعد يتسارع ، على الرغم من أنه قد يتحرك بسرعة عالية وثابتة. وهكذا ، يصل لاعب القفز بالمظلات إلى سرعته النهائية عندما تتساوى قوة السحب مع قوة الجاذبية. يمكنها التلاعب بهذا من خلال وضعية جسدها ، والتي تؤثر على "أ" في معادلة السحب. السرعة النهائية حوالي 120 ميلا في الساعة.
قوة السحب على السباح
يواجه السباحون المتنافسون أربع قوى مميزة: الجاذبية والطفو ، اللذان يتصدان لبعضهما البعض في مستوى عمودي ، والسحب والدفع ، اللذان يعملان في اتجاهين متعاكسين في مستوى أفقي. في الواقع ، القوة الدافعة ليست أكثر من قوة سحب تطبقها أقدام السباح ويديه التغلب على قوة سحب الماء ، والتي ، كما توقعت على الأرجح ، أكبر بكثير من قوة هواء.
حتى عام 2010 ، سُمح للسباحين الأولمبيين باستخدام بدلات هوائية خاصة كانت موجودة منذ بضع سنوات فقط. حظرت الهيئة الإدارية للسباحة البدلات لأن تأثيرها كان واضحًا لدرجة أن الأرقام القياسية العالمية تم كسرها من قبل الرياضيين الذين كانوا غير ملحوظين (لكنهم ما زالوا من الطراز العالمي) بدون بدلة.