Force de traînée

Types de force de traînée

Il existe différents types de force de traînée, en particulier lorsqu'on considère le vol des avions :

• Traînée parasite - Traînéecausée par la forme, le matériau et le type de construction de l'objet.
  • Traînée de forme-Latraînée due à la forme de l'objet qui se déplace dans le fluide.
  • Traînée de frottement de la peau -Traînée due à la rugosité de la surface de l'objet.
  • Traînée d'interférence -Traînée résultant de la rencontre et de l'interférence de deux flux d'air de vitesses différentes.
• Traînée induite -Traînée résultant de la portance.
• Traînée par les ondes :traînée due aux ondes de choc.

Si la densité des mots pouvait être prise en compte, cet article aurait une force de traînée massive.

Exemples de force d'entraînement

C'est reparti pour un tour -encore plus d'exemples. C'est comme marcher dans du miel.

La résistance est présente lorsqu'il y a un mouvement relatif entre un objet et un fluide. Voici quelques exemples de la force de traînée :

• Tout objet qui tombe dans l'air. Par exemple, les parachutistes utilisent les principes de la force de traînée pour se déplacer et se positionner dans l'air, et lorsqu'ils ouvrent leur parachute, la force de traînée plus importante qui est créée les aide à ralentir pour atterrir.
• La force de traînée ralentit les voitures, les avions et les bateaux lorsqu'ils se déplacent. Les ingénieurs augmentent donc l'aérodynamisme de ces véhicules afin de réduire la traînée et d'augmenter l'efficacité des véhicules.
• Les nageurs luttent contre la force de traînée lorsqu'ils nagent. Même le fait de se raser peut réduire la traînée et augmenter la vitesse des nageurs.
• Les écureuils volants utilisent leur peau en forme d'aile pour utiliser la force de traînée afin de contrôler leur vol et leurs atterrissages.
• Si tu te plaçais au sommet d'un train qui se déplace rapidement, il ne serait pas aussi facile de se tenir debout ou de courir que les films le laissent entendre, car une force de traînée s'exercerait sur toi.
• La force de traînée fait voler les cerfs-volants. Tu dois courir vers l'avant avec le cerf-volant pour que la force de traînée pousse contre lui et le soulève dans les airs.

Équation de la force de traînée

L'équation ou la formule courante de la force de traînée est présentée ci-dessous :

$$D=\frac{1}{2}\\C\rho Av^2\mathrm{.}$$

Cette équation n'est exacte que dans certaines conditions : le mouvement est suffisamment rapide pour que le fluide derrière l'objet soit turbulent, le fluide n'est pas plus dense que l'air et l'objet n'est pas minuscule. Comme pour les autres forces, la force de traînée est mesurée en \(\mathrm{newtons}\) \(\mathrm{N}\).

Formule de la force de traînée

Ci-dessus, tu as probablement vu un tas de variables que tu n'avais jamais vues auparavant. Pour t'aider à comprendre ce qu'est la force de traînée, nous allons passer en revue chacune de ces variables.

\(C\) est le coefficient de traînée, qui est un nombre sans unité qui a été déterminé expérimentalement. \(\rho\) représente la densité du fluide en \(\mathrm{kg/m^3}\) ; plus la densité augmente, plus la force de traînée augmente. Dans notre premier exemple, l'eau contribue à une force de traînée plus élevée que l'air parce qu'elle a une densité plus élevée.

\(A\) est la section transversale effective de l'objet en \(\mathrm{m^2}\) - ils'agit de la section de l'objet qui est perpendiculaire au mouvement. Ainsi, par exemple, lorsque tu passes ta main par la fenêtre d'une voiture en mouvement, si tu inclines ta main de façon à ce que le côté soit orienté vers l'avant de la voiture, tu ressentiras moins de force que si tu passes ta main avec la paume orientée vers l'avant : c'est parce que ta main a une plus petite section transversale dans la première orientation.

\(v\) est la vitesse relative entre l'objet et le fluide en \(\mathrm{m/s}\). Si tu mets ta main dans l'eau et que tu l'abaisses d'un coup sec, tu sentiras une force plus importante lutter contre toi que si tu l'abaisses lentement. La force de traînée diffère de la friction parce que la friction ne dépend pas de la vitesse de l'objet.

Loi de Stokes

As-tu apprécié les jeux de mots terribles jusqu'à présent ? Je ne veux pas attiser le feu qui brûle dans ton cœur à cause de toutes ces blagues de papa, mais je me dois de le faire.

Lorsque les conditions ne répondent pas aux exigences énumérées ci-dessus, nous pouvons utiliser la loi de Stokes pour trouver la force de frottement :

$$F_s = 6\pi \eta r v$$

où \(\eta \) est la viscosité du fluide en unités SI de Pascal-secondes \(\mathrm{Pa\,s}\), ce qui correspond aux kilogrammes par mètre-seconde \(\mathrm{kg/m\,s}\), \(r\) est le rayon de l'objet en mètres, et \(v\) est la vitesse en mètres par seconde \(\mathrm{m/s}\). Dans ce cas, la force de traînée est proportionnelle à la vitesse plutôt qu'à la vitesse au carré. Avec cette équation, la force de traînée peut être qualifiée de force de traînée visqueuse, où la force de traînée dépend de la viscosité du fluide.

Force de traînée en chute libre- Vitesse terminale

Si tu laisses tomber une balle rebondissante de l'empire state building, la force agissant contre la balle est initialement négligeable puisque la vitesse commence à zéro. Au lieu de cela, la principale force qui agit sur elle est la force de gravité, qui la tire vers le bas et la fait accélérer. Au fur et à mesure que la vitesse augmente, la force de traînée qui s'oppose à la chute de la balle augmente. Cette force opposée ralentit l'accélération de la balle jusqu'à ce que la force de traînée soit égale à la force de gravité et que la balle n'accélère plus. À ce moment-là, la balle atteindra une vitesse constante à sa vitesse terminale.

Exemple de problème utilisant la force de traînée

Il est maintenant temps de donner un exemple.

Avec un peu de chance, terminer cet article n'a pas été trop pénible - c'est plutôtcomme marcher dans une brise luxuriante que dans du miel froid. Si ta réponse était le miel, pas de panique, tu as presque terminé : voici les points les plus importants que tu dois retenir.