Alla är intuitivt bekanta med begreppet dragkraft. När du vasserar genom vatten eller cyklar märker du att ju mer arbete du utövar och ju snabbare du rör dig, ju mer motstånd du får från det omgivande vattnet eller luften, som båda anses vara vätskor av fysiker. I frånvaro av dragkrafter kan världen behandlas med 1000 fot hemmabanor i baseboll, mycket snabbare världsrekord i friidrott och bilar med övernaturliga nivåer av bränsleekonomi.
Dragkrafter, som är begränsande snarare än framdrivande, är inte lika dramatiska som andra naturkrafter, men de är kritiska inom maskinteknik och relaterade discipliner. Tack vare matematiska forskares ansträngningar är det möjligt att inte bara identifiera dragkrafter i naturen utan också att beräkna deras numeriska värden i en mängd vardagliga situationer.
Dragkraftsekvationen
Tryck definieras i fysik som kraft per ytenhet:
P = \ frac {F} {A}
Med "D" för att representera dragkraft specifikt kan denna ekvation ordnas om
D = CPA
där C är en konstant proportionalitet som varierar från objekt till objekt. Trycket på ett föremål som rör sig genom en vätska kan uttryckas som (1/2) ρv, där ρ (den grekiska bokstaven rho) är vätskans densitet och v är objektets hastighet.
Därför,
D = \ frac {1} {2} C \ rho v ^ 2A
Notera flera konsekvenser av denna ekvation: Dragkraften stiger i direkt proportion till densitet och ytarea, och den stiger med hastighetens kvadrat. Om du kör 10 miles per timme upplever du fyra gånger det aerodynamiska drag som du gör vid 5 miles per timme, med allt annat konstant.
Dra kraft på ett fallande föremål
En av ekvationerna för ett objekt i fritt fall från klassisk mekanik är
v = v_0 + vid
I den är v = hastighet vid tid t, v0 är initialhastighet (vanligtvis noll), a är acceleration på grund av tyngdkraften (9,8 m / s2 på jorden) och t är förfluten tid i sekunder. Det är tydligt med en blick att ett föremål som tappats från en stor höjd skulle falla i ständigt ökande hastighet om denna ekvation var strikt sant, men det är inte för att det försummar dragkraften.
När summan av krafterna som verkar på ett objekt är noll accelererar den inte längre, även om den kan röra sig med hög, konstant hastighet. Således når en fallskärmshoppare sin terminalhastighet när dragkraften är lika med tyngdkraften. Hon kan manipulera detta genom sin kroppsställning, vilket påverkar A i dragekvationen. Terminalhastigheten är cirka 120 miles per timme.
Drag Force på en simmare
Tävlande simmare står inför fyra distinkta krafter: gravitation och flytkraft, som motverkar varandra i ett vertikalt plan, och drag och framdrivning, som verkar i motsatta riktningar i ett horisontellt plan. I själva verket är den framdrivande kraften inget annat än en dragkraft som simmarens fötter och händer applicerar på övervinna vattnets dragkraft, som, som du troligen har antagit, är betydligt större än den för luft.
Fram till 2010 fick olympiska simmare använda speciella aerodynamiska kostymer som bara funnits i några år. Simnings styrande organ förbjöd kostymerna eftersom deras effekt var så uttalad att världsrekorden bröts av idrottare som annars var obetydliga (men fortfarande i världsklass) utan kostymer.