Kaikki tuntevat vetovoiman käsitteen intuitiivisesti. Kun kahlaat vedessä tai aja polkupyörällä, huomaat, että mitä enemmän työtä teet ja mitä nopeammin liikut, sitä enemmän vastustusta saat ympäröivästä vedestä tai ilmasta, joita molemmat pitävät nesteinä fyysikot. Ilman vetovoimia maailmaa saatetaan kohdella 1000 jalan kotikäynnillä baseballissa, paljon nopeammin maailmanennätyksissä yleisurheilussa ja autoilla, joilla on yliluonnollinen polttoainetalous.
Vedonvoimat, jotka ovat pikemminkin rajoittavia kuin propulsiivisia, eivät ole yhtä dramaattisia kuin muut luonnonvoimat, mutta ne ovat kriittisiä koneenrakennuksessa ja siihen liittyvillä aloilla. Matemaattisesti ajattelevien tutkijoiden ponnistelujen ansiosta on mahdollista paitsi tunnistaa vetovoimat luonnossa, myös laskea niiden numeeriset arvot erilaisissa jokapäiväisissä tilanteissa.
Vedä voiman yhtälö
Fysiikan paine määritellään voimana pinta-alayksikköä kohti:
P = \ frac {F} {A}
Käyttämällä "D" edustamaan vetovoimaa erityisesti, tämä yhtälö voidaan järjestää uudelleen
D = CPA
missä C on suhteellisuusvakio, joka vaihtelee esineestä toiseen. Nesteen läpi liikkuvan kohteen paine voidaan ilmaista (1/2) ρv, jossa ρ (kreikkalainen kirjain rho) on nesteen tiheys ja v on kohteen nopeus.
Siksi,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Huomaa tämän yhtälön useita seurauksia: Vetovoima nousee suoraan suhteessa tiheyteen ja pinta-alaan ja nousee nopeuden neliön mukana. Jos juokset nopeudella 10 mailia tunnissa, koet neljä kertaa aerodynaamisen vetovoiman kuin 5 mailia tunnissa, samalla kun kaikki muu pidetään vakiona.
Vedä voimaa putoavalle esineelle
Yksi klassisen mekaniikan vapaapudotuksessa olevan kohteen liikkeen yhtälöistä on
v = v_0 + kohdassa
Siinä v = nopeus hetkellä t, v0 on alkunopeus (yleensä nolla), a on painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,8 m / s2 maan päällä), ja t on kulunut aika sekunteina. Yhdellä silmäyksellä on selvää, että suurelta korkeudelta pudotettu esine putoaisi jatkuvasti kasvavalla nopeudella, jos tämä yhtälö olisi ehdottomasti totta, mutta se ei johdu siitä, että se ei ota huomioon vetovoimaa.
Kun esineeseen vaikuttavien voimien summa on nolla, se ei enää kiihdy, vaikka se saattaa liikkua suurella, tasaisella nopeudella. Siten laskuvarjohyppääjä saavuttaa terminaalisen nopeutensa, kun vetovoima on yhtä suuri kuin painovoima. Hän voi manipuloida tätä ruumiinasennonsa kautta, mikä vaikuttaa vetovoiman yhtälöön A. Terminaalin nopeus on noin 120 mailia tunnissa.
Vedä voima uimari
Kilpailu-uimareilla on neljä erillistä voimaa: painovoima ja kelluvuus, jotka vastustavat toisiaan pystytasossa, ja vetovoima, jotka vaikuttavat vastakkaisiin suuntiin vaakatasossa. Itse asiassa työntövoima ei ole muuta kuin vetovoima, johon uimarin jalat ja kädet vaikuttavat voittaa veden vetovoima, joka, kuten olet todennäköisesti arvannut, on huomattavasti suurempi kuin ilmaa.
Vuoteen 2010 asti olympiauimarit saivat käyttää erityisiä aerodynaamisia pukuja, jotka olivat olleet vain muutama vuosi. Uinnin hallintoelin kielsi puvut, koska niiden vaikutus oli niin voimakas, että maailmanennätykset olivat rikkoneet urheilijat, jotka olivat muuten merkityksettömiä (mutta silti maailmanluokan) ilman puvut.