Сила сопротивления среды
Сила сопротивления среды — это сила, возникающая при движении тела в воздухе, воде или другой среде и направленная против скорости тела. Чем больше скорость, площадь и обтекаемость тела, тем обычно сильнее сопротивление.
По второму закону Ньютона сила сопротивления изменяет движение тела: уменьшает его скорость или препятствует её увеличению. Если тело движется горизонтально и сопротивление — единственная сила, направленная вдоль движения, ускорение направлено противоположно скорости.
Формула
Для небольших скоростей в вязкой среде сила сопротивления часто пропорциональна скорости:
где \(k\) — коэффициент сопротивления, зависящий от тела и среды, а \(v\) — модуль скорости. При больших скоростях, например для движения тела в воздухе, часто используют приближённую формулу:
Здесь \(C\) — коэффициент сопротивления формы, \(ρ\) — плотность среды, \(S\) — площадь поперечного сечения тела, а \(v\) — скорость. Направление силы всегда противоположно скорости.
Парашютист падает вниз. Сила тяжести направлена вниз, а сила сопротивления воздуха — вверх. При увеличении скорости сопротивление растёт. В некоторый момент силы уравновешиваются, и парашютист продолжает падать с постоянной установившейся скоростью.
Сила сопротивления среды отличается от силы трения покоя и скольжения. Коэффициент трения используют для описания взаимодействия соприкасающихся поверхностей, а сопротивление среды возникает при движении тела внутри газа или жидкости. В отдельных задачах эти силы могут действовать одновременно.
Куда направлена сила сопротивления воздуха для мяча, летящего вправо?
Главное
- Сила сопротивления среды направлена противоположно скорости тела.
- Она зависит от скорости, формы и размеров тела, а также от свойств среды.
- При малых скоростях часто используют зависимость \(F_{\text{сопр}}=kv\), а при больших — зависимость, пропорциональную \(v^2\).