Сопротивление газов и жидкостей

Сопротивление газов и жидкостей

Сила сопротивления направлена параллельно поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью (газом) в сторону, противоположную скорости тела относительно среды, и тормозит движение(1).

Сила сопротивления (жидкого трения) обычно значительно меньше силы сухого трения. Именно поэтому для уменьшения сил трения между движущимися деталями машин применяют смазку.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при относительном движении тела и окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует. Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжелое тело, например баржу, в то время как сдвинуть с места, скажем, гусеничный трактор усилием рук просто невозможно.

Убедитесь в том, что плавающий деревянный брусок сразу же придет в движение, если на него слегка подуть. Попробуйте проделать то же самое с бруском, лежащим на столе.

Модуль силы сопротивления c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств (вязкости) среды (жидкости или газа), в которой движется тело, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Для того чтобы уменьшить силу сопротивления среды, телу придают обтекаемую форму. Наиболее выгодна в этом отношении сигарообразная форма (рис. 3.40), близкая к форме падающей капли дождя или рыбы.

Влияние формы тела на силу сопротивления наглядно показано на рисунке 3.41. Модуль силы сопротивления цилиндра обозначим через . Конусообразная насадка к цилиндру уменьшает силу сопротивления от 1/2 до 1/4 в зависимости от размера угла при вершине конуса. Сглаженная насадка доводит силу сопротивления до 1/5. Наконец, если придать телу сигарообразную форму, то при том же поперечном сечении сила сопротивления уменьшается до 1/25. По сравнению с телом сигарообразной формы сила сопротивления для шара (имеющего такую же площадь поперечного сечения) больше в несколько раз, а для тонкого диска, плоскость которого перпендикулярна направлению скорости, — в несколько десятков раз. Особенно велика сила сопротивления, возникающая при движении полусферы вогнутой стороной вперед. По этой причине парашюты имеют часто форму полусферы.

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела приведен на рисунке 3.42. Если тело неподвижно относительно вязкой среды (относительная скорость равна нулю), то сила сопротивления равна нулю. С увеличением относительной скорости сила сопротивления растет медленно, а потом все быстрее и быстрее.

Читайте также:  Штукатурка цементная кнауф унтерпутц

При малых скоростях движения в жидкости (газе) силу сопротивления можно считать приближенно прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

где k1 — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — ее вязкости. Коэффициент k2 в СИ выражается в Н • с/м = кг/с. Его значение определяют опытным путем.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

где коэффициент сопротивления k2 выражается в Н • с 2 /м 2 = = кг/м.

Какую именно формулу следует применять в данном конкретном случае, устанавливают опытным путем. При падении тел в воздухе сила сопротивления становится пропорциональной квадрату скорости практически с самого начала падения.

При ускоренном движении тела в жидкости для учета воздействия жидкости на это тело надо к массе тела прибавить так называемую присоединенную массу. Присоединенная масса зависит от формы тела и плотности среды. В дальнейшем при решении задач присоединенную массу мы учитывать не будем.

Жидкое трение возникает между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется. При медленном движении сила сопротивления пропорциональна скорости, а при быстром — квадрату скорости.

(1) Впрочем, движущийся поток воды или воздуха может увлекать за собой тело. Например, когда ветер гонит опавшие листья, то сила трения со стороны воздуха направлена по движению листьев. Но и в этом случае она противоположна скорости движения тела (листьев) относительно среды (воздуха). В приведенном примере воздух и листья, хотя и движутся в одном направлении, но скорость воздуха больше, листья отстают от ветра.

При движении тела в жидкости или газе на него действуют две силы: сила , направленная в сторону, противоположную движению тела, а вторая, перпендикулярная к этому направлению. Составляющиеиназываются соответственнолобовым сопротивлением и подъемной силой.

Ясно, что идеальная жидкость не оказывает движению тела никакого сопротивления.

Читайте также:  Капуста листовая кале зеленая

Можно показать, что в несжимаемой идеальной жидкости равномерное движение тела произвольной формы должно было бы происходить без лобового сопротивления. Этот результат называется парадоксом Даламбера.

Учет вязкости жидкости существенно меняет картину взаимодействия тела с потоком. В этом случае очень тонкий слой жидкости прилипает к поверхности тела и движется с ним как одно целое, увлекая за собой из-за трения последующие слои. По мере удаления от поверхности тела скорость слоев становится все меньше и, наконец, на некотором расстоянии от поверхности оказывается практически не возмущенной движением тела. Таким образом, тело оказывается окруженным слоем жидкости, в котором имеется градиент скорости. Этот слой называется пограничным.В нем действуют силы трения, которые и приводят к возникновению лобового сопротивления.

Наличие пограничного слоя существенно меняет характер обтекания тела жидкостью. Полное обтекание тела становится невозможным. Действие сил трения в поверхностном слое приводит к тому, что поток отрывается от поверхности тела, в результате чего позади тела возникают вихри. Вихри уносятся потоком и постепенно затухают вследствие трения. При этом энергия вихрей расходуется на нагревание жидкости. Давление в образующейся за телом вихревой области оказывается пониженным. Поэтому результирующая сил давления будет отлична от нуля. Это давление в свою очередь обуславливает лобовое сопротивление.

Таким образом, лобовое сопротивление складывается из сопротивления трения и сопротивления давления.

При малых числах Рейнольдса сопротивление среды обусловлено практически только силами трения. Стокс установил, что сила сопротивления в этом случае пропорциональна коэффициенту динамической вязкости , скоростидвижения тела относительно жидкости и характерному размеру тела:

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое "Вязкость" в других словарях:

ВЯЗКОСТЬ — ВЯЗКОСТЬ, или внутреннее трение, сопротивление, обнаруживающееся при перемещении одних частиц вещества по отношению к остальным. Понятие «внутреннее трение» приложимо как к жидким, так и к твердым и газообразным веществам, термин же В … Большая медицинская энциклопедия

Вязкость — (внутреннее трение) свойство растворов, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение. Источник: СП 82 101 98: Приготовление и применение растворов строительных 3.2 вязкость: Свойство текучих тел (жидкостей и газов)… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читайте также:  Домашние чипсы в микроволновке рецепт с фото

ВЯЗКОСТЬ — ВЯЗКОСТЬ, внутреннее трение свойство текучих тел оказывать сопротивление движению. Чем больше вязкость жидкости, тем медленнее она течет. Вязкость жидкостей велика, вязкость газов чрезвычайно мала. У многих жидкостей вязкость возрастает с… … Научно-технический энциклопедический словарь

ВЯЗКОСТЬ — (внутреннее трение), свойство текучих тел газов и жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Основной закон вязкого течения установил И. Ньютон в 1647. Вязкость количественно характеризуется коэффициентом… … Современная энциклопедия

вязкость — (viscosity) – это внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Вязкость масла выступает важнейшим физико химическим свойством, оказывающим влияние на силу трения. Вязкость масла характеризуется двумя показателями: кинематической… … Автомобильный словарь

Вязкость — (внутреннее трение), свойство текучих тел газов и жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Основной закон вязкого течения установил И. Ньютон в 1647. Вязкость количественно характеризуется коэффициентом… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ВЯЗКОСТЬ — ВЯЗКОСТЬ, вязкости, мн. нет, жен. отвлеч. сущ. к вязкий. Вязкость свойство некоторых жидкостей. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ВЯЗКОСТЬ — (внутреннее трение), свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно Другой. В. тв. тел обладает рядом специфич. особенностей и рассматривается обычно отдельно (см. ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ). Осн … Физическая энциклопедия

вязкость — ковкость; топкость, терпкость. Ant. жесткость Словарь русских синонимов. вязкость сущ., кол во синонимов: 6 • вибровязкость (1) • … Словарь синонимов

Вязкость — сопротивление, оказываемое телом движению отдельной егочасти без нарушения связи целого. Такое движение составляетхарактеристику жидкостей, как капельных , так и упругих , т.е. газов.Малейшая Сила приводит в движение часть жидкого тела и вызывает … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Вязкость — – свойство жидкостей и дисперсных систем сопротивляться перемещению одного слоя относительно другого, обусловленное силами межмолекулярного взаимодействия вследствие проявления сил внутреннего сцепления (трения). [Ушеров Маршак А. В.… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector