Das viskose Reibung Es entsteht, wenn sich ein fester Gegenstand in der Mitte einer Flüssigkeit bewegt - eines Gases oder einer Flüssigkeit. Es kann als eine Kraft modelliert werden, die proportional zum Negativ der Geschwindigkeit des Objekts oder zum Quadrat davon ist.
Die Verwendung des einen oder anderen Modells hängt von bestimmten Bedingungen ab, z. B. von der Art der Flüssigkeit, in der sich das Objekt bewegt, und davon, ob es sehr schnell ist oder nicht. Das erste Modell ist bekannt als linearer Widerstand, und darin die Größe der viskosen Reibung F.berühren ist gegeben durch:
F.berühren = Γv
Hier ist γ die Proportionalitätskonstante oder der viskose Reibungskoeffizient und v ist die Geschwindigkeit des Objekts. Es ist auf Körper anwendbar, die sich mit niedriger Geschwindigkeit in Flüssigkeiten mit einem laminaren Regime bewegen.
Im zweiten Modell bekannt als quadratischer Widerstand oder Rayleighs Gesetz, die Größe der Reibungskraft wird berechnet nach:
F.berühren = ½ ρ.A.Cd.vzwei
Dabei ist ρ die Dichte des Fluids, A die Querschnittsfläche des Objekts und C.d ist der Luftwiderstandsbeiwert.
Das Produkt ½ ρ.A.Cd ist eine aerodynamische Konstante namens D, deren SI-Einheiten kg / m sind, daher:
F.berühren = Dvzwei
Dieses Modell ist besser geeignet, wenn die Geschwindigkeit der Objekte mittel oder hoch ist, da die Bewegung beim Durchgang durch die Flüssigkeit Turbulenzen oder Wirbel erzeugt..
Ein sich bewegender Tennisball und Autos auf der Autobahn sind Beispiele für Objekte, auf denen dieses Modell sehr gut funktioniert..
Die viskose Kraft entsteht, weil der Feststoff die Flüssigkeitsschichten auseinander drücken muss, um sich durch sie zu bewegen. Die Existenz mehrerer Modelle beruht auf der Tatsache, dass diese Kraft von mehreren Faktoren abhängt, wie der Viskosität der Flüssigkeit, der Geschwindigkeit und Form des Objekts..
Es gibt Objekte, die aerodynamischer sind als andere, und viele sind genau so konstruiert, dass der Widerstand des Mediums seine Geschwindigkeit auf ein Minimum reduziert.
Artikelverzeichnis
Jede Person oder jedes Objekt, das sich in einer Flüssigkeit bewegt, erfährt notwendigerweise Widerstand von der Umgebung, aber diese Effekte werden für einfache Anwendungen wie den freien Fall oft vernachlässigt..
In den Aussagen zu fast allen Problemen des freien Falls wird darauf hingewiesen, dass die Auswirkungen des Luftwiderstands vernachlässigt werden. Dies liegt daran, dass Luft eine ziemlich "dünne" Flüssigkeit ist, und deshalb erwarten wir, dass die Reibung, die sie bietet, nicht signifikant ist..
Es gibt aber auch andere Bewegungen, bei denen die viskose Reibung einen entscheidenderen Einfluss hat. Sehen wir uns einige Beispiele an:
-Ein Stein, der senkrecht in ein ölgefülltes Rohr fällt, erfährt dank des Widerstands der Flüssigkeit eine Kraft, die seinem Abstieg entgegenwirkt.
-Pollenkörner sind sehr klein, daher ist der Luftwiderstand für sie nicht zu vernachlässigen, da sie dank dieser Kraft lange Zeit über Wasser bleiben und saisonale Allergien auslösen können..
-Bei Schwimmern tragen sie eine Kappe und rasieren sich vollständig, damit der Widerstand des Wassers ihre Geschwindigkeit nicht verringert..
-Zeitfahrer haben wie Schwimmer einen Luftwiderstand, daher haben Helme ein aerodynamisches Design, um die Effizienz zu verbessern.
Ebenso ist die Position des Radfahrers innerhalb einer konkurrierenden Gruppe relevant. Derjenige, der den Marsch führt, erhält offensichtlich den größten Luftwiderstand, während er für diejenigen, die den Marsch schließen, fast gleich Null ist.
-Sobald ein Fallschirmspringer den Fallschirm öffnet, ist er der viskosen Reibung der Luft ausgesetzt, wobei das am besten geeignete Modell das mit dem Quadrat der Geschwindigkeit ist. Auf diese Weise verringert es seine Geschwindigkeit und erreicht einen konstanten Grenzwert, wenn die Reibung dem Fall entgegenwirkt.
-Für Autos sind der Luftwiderstandsbeiwert, eine experimentell bestimmte Konstante, und die Oberfläche, die sie gegen den Wind aufweist, die bestimmenden Faktoren zur Verringerung des Luftwiderstands und des Kraftstoffverbrauchs. Deshalb sind sie mit schrägen Windschutzscheiben ausgestattet.
-Im Millikan-Öltropfenexperiment untersuchte der Physiker Robert Millikan die Bewegung von Öltropfen inmitten eines gleichmäßigen elektrischen Feldes und kam zu dem Schluss, dass jede elektrische Ladung ein Vielfaches der Elektronenladung ist..
Dazu war es notwendig, den Radius der Tropfen zu kennen, der aufgrund seiner geringen Größe nicht durch direkte Messung bestimmt werden konnte. In diesem Fall war die viskose Reibung jedoch erheblich und die Tropfen wurden gestoppt. Diese Tatsache ermöglichte es, den Radius der Tropfen und später ihre elektrische Ladung zu bestimmen.
In der Gleichung für die viskose Reibungskraft bei niedriger Geschwindigkeit:
F.berühren = Γv
a) Welche Abmessungen sollte der viskose Reibungskoeffizient γ haben??
b) Was sind die Einheiten von γ im Internationalen Einheitensystem??
Im Gegensatz zu den Haftreibungskoeffizienten oder der kinetischen Reibung hat der viskose Reibungskoeffizient folgende Abmessungen:
Kraft / Geschwindigkeit
Kraft hat Dimensionen von Masse x Länge / Zeitzwei, während die der Geschwindigkeit Länge / Zeit sind. Indem Sie sie wie folgt bezeichnen:
-Masse: M.
-Länge: L.
-Zeit: T.
Die Abmessungen des viskosen Reibungskoeffizienten γ sind:
[M.L / T.zwei] / [L / T] = [M.L.T. / L.T.zwei] = M / T.
In SI sind die Einheiten von γ kg / s
Finden Sie unter Berücksichtigung des Wasserwiderstands einen Ausdruck für die Endgeschwindigkeit einer Metallkugel, die vertikal in ein mit Öl gefülltes Rohr fällt, in den folgenden Fällen:
a) Niedrige Geschwindigkeit
b) Hohe Geschwindigkeit
Die Abbildung zeigt das Freikörperdiagramm, das die beiden auf die Kugel einwirkenden Kräfte zeigt: das Gewicht nach unten und den Widerstand der Flüssigkeit proportional zur Geschwindigkeit nach oben. Newtons zweites Gesetz für diesen Antrag besagt Folgendes:
γvt - mg = 0
Wo V.t ist die Endgeschwindigkeit, gegeben durch:
vt = mg / γ
Wenn wir von mittleren bis hohen Geschwindigkeiten ausgehen, ist das geeignete Modell das mit der quadratischen Geschwindigkeit:
F.berühren = ½ ρ.A.Cd.vzwei
Dann:
½ ρ.A.Cd.vzwei - mg = 0
D.v.zwei - mg = 0
v = √ [mg / D]
In beiden Situationen ist die Endgeschwindigkeit des Objekts umso größer, je größer die Masse des Objekts ist..
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.