Решение: Сопротивление движению зонта
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
Петя взял раскрытый зонт и начал поднимать и опускать его с одинаковой скоростью. В каком случае Петя чувствовал большее сопротивление — при движении вниз или вверх? Свой ответ поясните.
При ответе учтите направление силы сопротивления воздуха и силы тяжести.
Решение по шагам
3 шагаСила сопротивления воздуха направлена противоположно скорости движения зонта.
При движении зонта вверх сила сопротивления воздуха направлена вниз, так же как и сила тяжести. Поэтому действие этих сил на руку Пети усиливается.
При движении зонта вниз сила сопротивления воздуха направлена вверх, а сила тяжести — вниз. Силы направлены противоположно, поэтому сила тяжести частично компенсирует сопротивление воздуха.
Большее сопротивление Петя чувствовал при движении зонта вверх, поскольку сила сопротивления воздуха и сила тяжести направлены вниз и действуют совместно. При движении вниз сила тяжести направлена противоположно силе сопротивления воздуха и частично компенсирует её действие.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что сопротивление обязательно одинаково только из-за одинаковой скорости, не учитывая действие силы тяжести на руку.
Путать направление силы сопротивления с направлением движения.
Считать, что при движении вниз сила тяжести увеличивает сопротивление воздуха.