Toată lumea este familiarizată intuitiv cu conceptul de forță de tragere. Când vă plimbați prin apă sau mergeți cu bicicleta, observați că cu cât depuneți mai multă muncă și vă deplasați mai repede, cu atât obțineți mai multă rezistență din apa sau aerul din jur, ambele fiind considerate fluide de către fizicieni. În absența forțelor de tragere, lumea ar putea fi tratată cu alergări la domiciliu de 1000 de picioare în baseball, cu recorduri mondiale mult mai rapide în atletism și cu mașini cu niveluri supranaturale de economie de combustibil.
Forțele de tragere, fiind mai degrabă restrictive decât propulsive, nu sunt la fel de dramatice ca alte forțe naturale, dar sunt critice în ingineria mecanică și disciplinele conexe. Datorită eforturilor oamenilor de știință cu gânduri matematice, este posibil să se identifice nu numai forțele de tragere din natură, ci și să se calculeze valorile lor numerice într-o varietate de situații de zi cu zi.
Ecuația Forței de Tragere
Presiunea, în fizică, este definită ca forță pe unitate de suprafață:
P = \ frac {F} {A}
Folosind „D” pentru a reprezenta în mod specific forța de tragere, această ecuație poate fi rearanjată la
D = CPA
unde C este o constantă de proporționalitate care variază de la obiect la obiect. Presiunea asupra unui obiect care se mișcă printr-un fluid poate fi exprimată ca (1/2) ρv, unde ρ (litera greacă rho) este densitatea fluidului și v este viteza obiectului.
Prin urmare,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Observați câteva consecințe ale acestei ecuații: Forța de tracțiune crește în proporție directă cu densitatea și suprafața și crește cu pătratul vitezei. Dacă alergi cu 10 mile pe oră, vei experimenta de patru ori rezistența aerodinamică ca și cu 5 mile pe oră, cu toate celelalte menținute constante.
Trageți forța pe un obiect în cădere
Una dintre ecuațiile de mișcare pentru un obiect în cădere liberă din mecanica clasică este
v = v_0 + la
În ea, v = viteza la timpul t, v0 este viteza inițială (de obicei zero), a este accelerația datorată gravitației (9,8 m / s2 pe Pământ), iar t este timpul scurs în secunde. Este clar dintr-o privire că un obiect căzut de la o înălțime mare ar cădea la o viteză din ce în ce mai mare dacă această ecuație ar fi strict adevărată, dar nu pentru că neglijează forța de tracțiune.
Când suma forțelor care acționează asupra unui obiect este zero, nu mai accelerează, deși se poate deplasa cu o viteză mare și constantă. Astfel, un parașutist atinge viteza sa maximă atunci când forța de tracțiune este egală cu forța gravitațională. Ea poate manipula acest lucru prin postura corpului, care afectează A în ecuația de tragere. Viteza maximă este de aproximativ 120 mile pe oră.
Trageți forța pe un înotător
Înotătorii competitivi se confruntă cu patru forțe distincte: gravitația și flotabilitatea, care se contracarează reciproc într-un plan vertical, și tracțiunea și propulsia, care acționează în direcții opuse într-un plan orizontal. De fapt, forța de propulsie nu este altceva decât o forță de tracțiune aplicată de picioarele și mâinile înotătorului depășiți forța de tracțiune a apei, care, după cum probabil ați presupus, este semnificativ mai mare decât cea a aer.
Până în 2010, înotătorilor olimpici li s-a permis să folosească costume aerodinamice speciale care existau doar de câțiva ani. Organul de conducere al înotului a interzis costumele, deoarece efectul lor a fost atât de pronunțat încât a înregistrat recorduri mondiale au fost distruși de sportivi care altfel nu erau remarcabili (dar totuși de talie mondială) fără costume.