Решение: Сопротивление воздуха форме тела
Статья к заданиюСопротивление воздуха
Осенним днём Петя вышел погулять. Накрапывал дождь, и Петя открыл зонтик. Вдруг подул сильный ветер и чуть не вырвал зонтик из рук. Петя едва смог притянуть его к себе. Заинтересовавшись этим вопросом, Петя, придя домой, стал искать информацию о силе, которая так сопротивлялась, когда Петя тянул зонтик на себя.
При движении твёрдого тела в жидкости или газе или при движении одного слоя жидкости (газа) относительно другого возникает сила, тормозящая движение, – сила жидкого трения, или сила сопротивления.
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. Модуль силы сопротивления 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 форма, близкая к форме падающей капли дождя.
Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела приведён на рисунке. Если тело неподвижно относительно вязкой среды (относительная скорость равна нулю), то сила сопротивления равна нулю. С увеличением относительной скорости сила сопротивления растёт медленно, а потом всё быстрее и быстрее.
Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка
Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка
Используя материал задания, определите, какое тело при движении в воздухе с одинаковой скоростью будет испытывать наименьшее сопротивление.
Решение по шагам
3 шагаПри одинаковой скорости движения сопротивление воздуха зависит, в частности, от формы тела.
Наименьшее сопротивление создаёт обтекаемая форма, близкая к форме падающей капли дождя.
Из предложенных тел наиболее обтекаемым является тело в варианте 4, заострённое с передней и задней стороны.
Где здесь ошибаются
Выбирают тело только по его размеру, не учитывая форму.
Путают обтекаемую форму с плоской формой цилиндра.