Každý je intuitivně obeznámen s konceptem tažné síly. Když se brodíte vodou nebo jezdíte na kole, zjistíte, že čím více práce vynakládáte a čím rychleji se pohybujete, čím větší odpor získáte z okolní vody nebo vzduchu, oba jsou považovány za tekutiny fyzici. Při absenci tažných sil by svět mohl zacházet s běhy na 1000 stop v baseballu, mnohem rychlejšími světovými rekordy v atletice a auty s nadpřirozenou úrovní spotřeby paliva.
Tažné síly, které jsou spíše omezující než pohonné, nejsou tak dramatické jako jiné přírodní síly, ale jsou kritické ve strojírenství a příbuzných oborech. Díky úsilí matematicky smýšlejících vědců je možné nejen identifikovat tažné síly v přírodě, ale také vypočítat jejich číselné hodnoty v různých každodenních situacích.
Rovnice tažné síly
Tlak ve fyzice je definován jako síla na jednotku plochy:
P = \ frac {F} {A}
Pomocí „D“, která konkrétně reprezentuje tažnou sílu, lze tuto rovnici přeskupit
D = CPA
kde C je konstanta proporcionality, která se liší objekt od objektu. Tlak na objekt pohybující se kapalinou lze vyjádřit jako (1/2) ρv, kde ρ (řecké písmeno rho) je hustota kapaliny a v je rychlost objektu.
Proto,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Všimněte si několika důsledků této rovnice: Tažná síla stoupá přímo úměrně hustotě a ploše a stoupá s druhou mocninou rychlosti. Pokud běžíte rychlostí 10 mil za hodinu, zažíváte čtyřnásobný aerodynamický odpor, jako při rychlosti 5 mil za hodinu, přičemž vše ostatní je konstantní.
Přetáhněte sílu na padající objekt
Jedna z pohybových rovnic pro objekt ve volném pádu z klasické mechaniky je
v = v_0 + v
V něm v = rychlost v čase t, v0 je počáteční rychlost (obvykle nula), a je gravitační zrychlení (9,8 m / s2 na Zemi) a t je uplynulý čas v sekundách. Na první pohled je zřejmé, že objekt spadnutý z velké výšky by padal s neustále se zvyšující rychlostí, pokud by tato rovnice byla přísně pravdivá, ale není to proto, že by zanedbával odporovou sílu.
Když je součet sil působících na objekt nulový, již se nezrychluje, i když se může pohybovat vysokou, konstantní rychlostí. Parašutista tedy dosáhne své konečné rychlosti, když se tažná síla rovná síle gravitace. Může to manipulovat prostřednictvím držení těla, které ovlivňuje A v tažné rovnici. Rychlost terminálu je kolem 120 mil za hodinu.
Drag Force on a Swimmer
Konkurenční plavci čelí čtyřem odlišným silám: gravitaci a vztlaku, které působí proti sobě ve svislé rovině, a odporu a pohonu, které působí v opačných směrech ve vodorovné rovině. Ve skutečnosti není hnací síla ničím jiným než tažnou silou, kterou působí plavecké nohy a ruce překonat odporovou sílu vody, která, jak jste pravděpodobně předpokládali, je podstatně větší než síla vzduch.
Do roku 2010 měli olympijští plavci povoleno používat speciální aerodynamické obleky, které tu byly jen několik let. Řídící orgán plavání zakázal obleky, protože jejich účinek byl tak výrazný, že světové rekordy byli rozbiti sportovci, kteří byli jinak bez povšimnutí (ale stále na světové úrovni) bez obleky.