Kiekvienas žmogus intuityviai žino „tempimo jėgos“ sąvoką. Braidydami per vandenį ar važiuodami dviračiu pastebite, kad kuo daugiau dirbate ir tuo greičiau judate, tuo didesnis pasipriešinimas gaunamas iš aplinkinio vandens ar oro, kurie abu laikomi skysčiais fizikai. Jei nebūtų jėgų, pasauliui gali būti pritaikyta 1000 pėdų bėgimas beisbolu, daug greitesni pasaulio rekordai lengvojoje atletikoje ir automobiliai, turintys antgamtišką degalų taupymo lygį.
Vilkimo jėgos, kurios yra labiau ribojančios, o ne varomosios, nėra tokios dramatiškos, kaip kitos gamtos jėgos, tačiau jos yra labai svarbios mechanikos inžinerijoje ir susijusiose disciplinose. Matematiškai mąstančių mokslininkų pastangų dėka galima ne tik nustatyti tempimo jėgas gamtoje, bet ir apskaičiuoti jų skaitines vertes įvairiose kasdienėse situacijose.
Vilkimo jėgos lygtis
Fizikoje slėgis apibrėžiamas kaip jėga ploto vienetui:
P = \ frac {F} {A}
Naudojant „D“, norint konkrečiai pavaizduoti jėgą, šią lygtį galima pertvarkyti
D = CPA
kur C yra proporcingumo konstanta, kuri skiriasi nuo objekto. Slėgis į objektą, judantį skysčiu, gali būti išreikštas (1/2) ρv, kur ρ (graikų raidė rho) yra skysčio tankis, o v - objekto greitis.
Todėl,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Atkreipkite dėmesį į keletą šios lygties pasekmių: traukos jėga didėja tiesiogiai proporcingai tankiui ir paviršiaus plotui, ji didėja kartu su greičio kvadratu. Jei bėgate 10 mylių per valandą greičiu, jūs keturis kartus viršijate aerodinaminį pasipriešinimą, kaip ir 5 mylių per valandą greičiu, o visa kita laikoma pastovi.
Vilkite jėgą ant krentančio objekto
Viena iš objekto judėjimo lygčių laisvu kritimu nuo klasikinės mechanikos yra
v = v_0 + esant
Joje v = greitis laike t, v0 yra pradinis greitis (paprastai lygus nuliui), a yra pagreitis dėl sunkio jėgos (9,8 m / s2 Žemėje), o t praeina laikas sekundėmis. Iš pirmo žvilgsnio akivaizdu, kad objektas, numestas iš didelio aukščio, kristų vis didesniu greičiu, jei ši lygtis būtų griežtai teisinga, tačiau taip nėra todėl, kad ji nepaiso vilkimo jėgos.
Kai objektą veikiančių jėgų suma lygi nuliui, ji nebegreitėja, nors gali judėti dideliu, pastoviu greičiu. Taigi parašiutininkė pasiekia savo galutinį greitį, kai pasipriešinimo jėga lygi svorio jėgai. Ji gali tuo manipuliuoti per savo kūno laikyseną, kuri paveikia A tempimo lygtyje. Terminalo greitis yra apie 120 mylių per valandą.
Vilkite jėgą plaukikui
Konkurenciniai plaukikai susiduria su keturiomis skirtingomis jėgomis: gravitacija ir plūdrumas, kurie atsveria vienas kitą vertikalioje plokštumoje, ir tempimas bei varymas, kurie veikia priešingomis kryptimis horizontalioje plokštumoje. Tiesą sakant, varomoji jėga yra ne kas kita, kaip plaukimo kojų ir rankų taikoma jėga įveikti vandens tempimo jėgą, kuri, kaip jūs tikriausiai spėjote, yra žymiai didesnė nei oro.
Iki 2010 m. Olimpiniams plaukikams buvo leista naudoti specialius aerodinaminius kostiumus, kurie buvo tik keletą metų. Plaukimo valdymo organai uždraudė kostiumus, nes jų poveikis buvo toks ryškus, kad pasaulio rekordai buvo sulaužyti sportininkų, kurie kitaip nebuvo pastebimi (bet vis tiek pasaulinio lygio) be kostiumai.