Každý je intuitívne oboznámený s pojmom sila ťahu. Keď sa brodíte vodou alebo jazdíte na bicykli, všimnete si, že čím viac práce vyvíjate a tým rýchlejšie sa pohybujete, tým väčší odpor získate z okolitej vody alebo vzduchu, ktoré sú považované za tekutiny fyzici. Pri absencii brzdných síl by svet mohol byť liečený bežeckými bejzbalmi s dĺžkou 1 000 stôp, oveľa rýchlejšími svetovými rekordmi v atletike a autami s nadprirodzenou úrovňou spotreby paliva.
Ťahové sily, ktoré sú skôr obmedzujúce než hnacie, nie sú také dramatické ako iné prírodné sily, ale sú kritické v strojárstve a príbuzných disciplínach. Vďaka úsiliu matematicky zmýšľajúcich vedcov je možné nielen identifikovať ťažné sily v prírode, ale aj vypočítať ich číselné hodnoty v rôznych každodenných situáciách.
Rovnica sily ťahu
Tlak je vo fyzike definovaný ako sila na jednotku plochy:
P = \ frac {F} {A}
Pomocou výrazu „D“, ktorý konkrétne predstavuje ťahovú silu, je možné túto rovnicu preskupiť
D = CPA
kde C je konštanta proporcionality, ktorá sa líši od objektu k objektu. Tlak na objekt pohybujúci sa kvapalinou možno vyjadriť ako (1/2) ρv, kde ρ (grécke písmeno rho) je hustota kvapaliny a v je rýchlosť objektu.
Preto
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Všimnite si niekoľko dôsledkov tejto rovnice: Tažná sila rastie priamo úmerne s hustotou a povrchovou plochou a stúpa s druhou mocninou rýchlosti. Ak jazdíte rýchlosťou 10 míľ za hodinu, zažívate štvornásobný aerodynamický odpor ako pri rýchlosti 5 míľ za hodinu, pričom všetky ostatné hodnoty zostávajú konštantné.
Ťahajte silu na padajúci objekt
Jednou z pohybových rovníc pre objekt vo voľnom páde z klasickej mechaniky je
v = v_0 + o
V ňom v = rýchlosť v čase t, v0 je počiatočná rýchlosť (zvyčajne nula), a je gravitačné zrýchlenie (9,8 m / s2 na Zemi), a t uplynie čas v sekundách. Na prvý pohľad je zrejmé, že objekt spadnutý z veľkej výšky by padal s neustále sa zvyšujúcou rýchlosťou, ak by táto rovnica platila striktne, ale nie je to tak preto, že by zanedbávala odporovú silu.
Keď je súčet síl pôsobiacich na objekt nulový, už sa nezrýchľuje, aj keď sa môže pohybovať vysokou, konštantnou rýchlosťou. Parašutista teda dosiahne svoju konečnú rýchlosť, keď sa sila odporu rovná sile gravitácie. Môže s tým manipulovať prostredníctvom držania tela, ktoré ovplyvňuje A v ťahovej rovnici. Terminálna rýchlosť je okolo 120 míľ za hodinu.
Drag Force na plavec
Súťažiaci plavci čelia štyrom odlišným silám: gravitácii a vztlaku, ktoré pôsobia proti sebe vo zvislej rovine, a odporu a pohonu, ktoré pôsobia v opačných smeroch vo vodorovnej rovine. Pohonná sila nie je v skutočnosti nič iné ako ťahová sila vyvíjaná nohami a rukami plavca prekonať brzdnú silu vody, ktorá je, ako ste pravdepodobne predpokladali, podstatne vyššia ako sila vzduch.
Do roku 2010 mali olympijskí plavci povolené používať špeciálne aerodynamické obleky, ktoré tu boli iba niekoľko rokov. Riadiaci orgán plavania zakázal obleky, pretože ich účinok bol taký výrazný, že dosiahli svetové rekordy boli prelomení športovcami, ktorí boli inak pozoruhodní (ale stále na svetovej úrovni) bez obleky.