Contenuto
- L'equazione della forza di resistenza
- Trascina la forza su un oggetto che cade
- Trascina Forza su un nuotatore
Tutti hanno intuitivamente familiarità con il concetto di forza di resistenza. Quando guadi attraverso l'acqua o vai in bicicletta, noti che più lavoro fai e più veloce ti muovi, maggiore è la resistenza che provi dall'acqua o dall'aria circostante, entrambi considerati fluidi dai fisici. In assenza di forze di resistenza, il mondo potrebbe essere trattato con corse da casa di 1000 piedi nel baseball, record mondiali molto più veloci in atletica leggera e auto con livelli soprannaturali di risparmio di carburante.
Le forze di resistenza, essendo restrittive anziché propulsive, non sono così drammatiche come le altre forze naturali, ma sono fondamentali nell'ingegneria meccanica e nelle discipline correlate. Grazie agli sforzi di scienziati con mentalità matematica, è possibile non solo identificare le forze di resistenza in natura, ma anche calcolare i loro valori numerici in una varietà di situazioni quotidiane.
L'equazione della forza di resistenza
La pressione, in fisica, è definita come forza per unità di area: P = F / A. Usando "D" per rappresentare specificamente la forza di resistenza, questa equazione può essere riorganizzata D = CPA, dove C è una costante di proporzionalità che varia da oggetto a oggetto. La pressione su un oggetto che si muove attraverso un fluido può essere espressa come (1/2) ρv2, dove ρ (la lettera greca rho) è la densità del fluido e v è la velocità degli oggetti.
Perciò, D = (1/2) (C) (ρ) (v2)(UN).
Nota diverse conseguenze di questa equazione: la forza di resistenza aumenta in proporzione diretta alla densità e alla superficie e aumenta con il quadrato della velocità. Se corri a 10 miglia all'ora, sperimenterai una resistenza aerodinamica quattro volte come fai a 5 miglia all'ora, con tutto il resto tenuto costante.
Trascina la forza su un oggetto che cade
Una delle equazioni del moto per un oggetto in caduta libera dalla meccanica classica è v = v0 + a. In esso, v = velocità al tempo t, v0 è la velocità iniziale (solitamente zero), a è l'accelerazione dovuta alla gravità (9,8 m / s2 sulla Terra) e t è il tempo trascorso in secondi. È evidente a colpo d'occhio che un oggetto caduto da una grande altezza cadrebbe a velocità sempre crescente se questa equazione fosse strettamente vera, ma non è perché trascura la forza di resistenza.
Quando la somma delle forze che agiscono su un oggetto è zero, non sta più accelerando, sebbene possa muoversi a una velocità elevata e costante. Pertanto, un paracadutista raggiunge la sua velocità terminale quando la forza di resistenza è uguale alla forza di gravità. Può manipolarlo attraverso la sua postura del corpo, che influenza A nell'equazione di resistenza. La velocità terminale è di circa 120 miglia all'ora.
Trascina Forza su un nuotatore
I nuotatori competitivi affrontano quattro forze distinte: gravità e galleggiabilità, che si contrastano a vicenda su un piano verticale, e resistenza e propulsione, che agiscono in direzioni opposte su un piano orizzontale. In effetti, la forza propulsiva non è altro che una forza di resistenza applicata dai piedi e dalle mani dei nuotatori per superare la forza di resistenza dell'acqua, che, come probabilmente avete ipotizzato, è significativamente maggiore di quella dell'aria.
Fino al 2010, i nuotatori olimpici potevano usare tute aerodinamiche speciali che esistevano da pochi anni. Le nuotate che governavano il corpo bandivano le tute perché il loro effetto era così pronunciato che i record del mondo venivano infranti da atleti altrimenti irrilevanti (ma ancora di classe mondiale) senza le tute.