누구나 항력의 개념에 직관적으로 익숙합니다. 물 위를 걸어가거나 자전거를 타면 더 많은 일을할수록 더 빨리 움직인다는 것을 알게됩니다. 주변의 물이나 공기로부터 더 많은 저항을받을수록, 둘 다 유체로 간주됩니다. 물리학 자. 항력이 없다면 세계는 야구에서 1,000 피트 홈런, 육상에서 훨씬 더 빠른 세계 기록, 초자연적 인 수준의 연비를 가진 자동차로 취급 될 수 있습니다.
추진력이 아니라 제한적인 항력은 다른 자연력만큼 극적이지는 않지만 기계 공학 및 관련 분야에서 중요합니다. 수학적 생각을 가진 과학자들의 노력 덕분에 자연의 항력을 식별 할 수있을뿐만 아니라 다양한 일상 상황에서 그 수치를 계산할 수 있습니다.
항력 방정식
물리학에서 압력은 단위 면적당 힘으로 정의됩니다.
P = \ frac {F} {A}
"D"를 사용하여 항력을 구체적으로 나타내면이 방정식을 다음과 같이 재배치 할 수 있습니다.
D = CPA
여기서 C는 객체마다 달라지는 비례 상수입니다. 유체를 통과하는 물체의 압력은 (1/2) ρv로 표현할 수 있습니다. 여기서 ρ (그리스 문자 rho)는 유체의 밀도이고 v는 물체의 속도입니다.
따라서,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
이 방정식의 몇 가지 결과에 유의하십시오. 항력은 밀도와 표면적에 정비례하여 증가하고 속도의 제곱에 따라 증가합니다. 시속 10 마일로 달리는 경우, 다른 모든 것은 일정하게 유지 된 상태에서 시속 5 마일에서보다 4 배의 공기 역학적 항력을 경험하게됩니다.
떨어지는 물체에 대한 드래그 힘
고전 역학에서 자유 낙하하는 물체의 운동 방정식 중 하나는 다음과 같습니다.
v = v_0 + at
그것에서, v = 시간 t에서의 속도, v0 초기 속도 (일반적으로 0), a는 중력으로 인한 가속도 (9.8m / s2 지구에서), t는 경과 시간 (초)입니다. 이 방정식이 엄격히 사실이라면 높은 높이에서 떨어진 물체가 계속해서 증가하는 속도로 떨어질 것이라는 것은 한눈에 알 수 있지만 이는 항력을 무시하기 때문이 아닙니다.
물체에 작용하는 힘의 합이 0이면 물체가 빠르고 일정한 속도로 움직일 수 있지만 더 이상 가속되지 않습니다. 따라서 스카이 다이버는 항력이 중력과 같을 때 최종 속도에 도달합니다. 그녀는 몸의 자세를 통해 이것을 조작 할 수 있으며, 이는 항력 방정식에서 A에 영향을줍니다. 터미널 속도는 시간당 약 120 마일입니다.
수영 선수의 드래그 포스
경쟁적인 수영 선수는 수직면에서 서로 상쇄하는 중력과 부력과 수평면에서 반대 방향으로 작용하는 항력과 추진이라는 네 가지 뚜렷한 힘에 직면합니다. 사실 추진력은 수영하는 사람의 발과 손이 당신이 예상했듯이 물의 항력을 극복합니다. 공기.
2010 년까지 올림픽 수영 선수들은 불과 몇 년 동안 만 존재했던 특별한 공기 역학적 슈트를 사용할 수있었습니다. 수영의 치리회는 그 효과가 너무나도 두드러져 세계 기록을 세웠 기 때문에 수트를 금지했습니다. 그렇지 않으면 주목할 수없는 (그러나 여전히 세계적 수준의) 선수들에 의해 양복들.