Wat is luchtweerstand. Basiswet van luchtweerstand

Vorming van kracht luchtweerstand. In afb. Figuren 78 en 81 tonen de luchtstromen die ontstaan ​​tijdens de beweging van een personenauto en vrachtwagen. Luchtweerstandskracht P w bestaat uit verschillende componenten, waarvan de belangrijkste de sleepkracht is. Dit laatste gebeurt vanwege het feit dat wanneer de auto beweegt (zie Afb. 78), er overdruk voor ontstaat +AR lucht, en aan de achterkant - verminderd -AR(in vergelijking tot luchtdruk). De luchtdruk vóór de auto creëert weerstand tegen voorwaartse beweging, en de verdunning van de lucht achter de auto creëert een kracht die de neiging heeft de auto achteruit te bewegen. Daarom geldt: hoe groter het drukverschil voor en achter de auto, hoe groter de sleepkracht, en het drukverschil hangt op zijn beurt af van de grootte, vorm van de auto en zijn snelheid.

Rijst. 78.

Rijst. 79.

In afb. 79 toont de waarden (in conventionele eenheden) van de weerstand, afhankelijk van de vorm van het lichaam. De figuur laat zien dat wanneer het voorste deel gestroomlijnd is, de luchtweerstand met 60% wordt verminderd, en wanneer het achterste deel gestroomlijnd is, slechts met 15%. Dit geeft aan dat de luchtdruk die vóór de auto ontstaat een grotere invloed heeft op de vorming van de sleepkracht van de lucht dan het vacuüm achter de auto. De stroomlijning van de achterkant van de auto is te zien aan de achterruit - met een goede aerodynamische vorm zou dat niet het geval zijn

Het ziet er vies uit en als de luchtstroom slecht is, zuigt de achterruit stof aan.

In het totale evenwicht van de luchtweerstandskrachten is de weerstandskracht verantwoordelijk voor ongeveer 60%. Andere componenten zijn onder meer: ​​weerstand die voortkomt uit de doorgang van lucht door de radiator en het motorcompartiment; weerstand gecreëerd door uitstekende oppervlakken; luchtwrijvingsweerstand op het oppervlak en andere extra weerstanden. De waarden van al deze componenten zijn van dezelfde orde.

Totale luchtweerstandskracht P w geconcentreerd in het midden van de windvang, dat is het midden grootste gebied delen van een lichaam in een vlak loodrecht op de bewegingsrichting. Over het algemeen valt het midden van het zeil niet samen met het massamiddelpunt van de auto.

De sleepkracht van de lucht is het product van het dwarsdoorsnedeoppervlak van het lichaam en de luchtsnelheidsdruk, rekening houdend met de stroomlijning van de vorm:

Waar c x - dimensieloze luchtweerstandscoëfficiënt (aerodynamisch) weerstand, rekening houdend met stroomlijning; /'-frontaal oppervlak of frontaal projectieoppervlak, m2; Q= 0,5p B v a 2 - luchtsnelheidsdruk, N/m 2. Zoals uit de afmeting blijkt, is de luchtsnelheidsdruk een specifieke kracht die per oppervlakte-eenheid inwerkt.

Door de uitdrukking voor de snelheidsdruk in formule (114) te vervangen, verkrijgen we

waarbij va de snelheid van de auto is; r in - luchtdichtheid, kg/m 3.

Frontaal plein

waarbij a de oppervlaktevulfactor is; a = 0,78...0,80 voor personenauto's en a = 0,75...0,90 - voor vracht; H een, V een- de grootste waarden van respectievelijk de breedte en hoogte van de auto.

De kracht van de luchtweerstand wordt ook berekend met behulp van de formule

Waar k w = 0,5c x p - luchtweerstandscoëfficiënt, met de afmeting van luchtdichtheid - kg/m 3 of N s 2 /m 4. Op zeeniveau, waar de luchtdichtheid p = 1,225 kg/m3, k w = 0,61 cx, kg/m3.

Fysieke betekenis coëfficiënten k w En cx is dat ze de stroomlijnende eigenschappen van de auto kenmerken.

Aërodynamische tests van de auto. De aerodynamische eigenschappen van de auto worden bestudeerd in een windtunnel, waarvan er één is gebouwd bij het Russische Onderzoekscentrum voor het testen en ontwikkelen van motorvoertuigen. Laten we eens kijken naar de methode voor het testen van een auto in een windtunnel die in dit centrum is ontwikkeld.

In afb. 80 toont het systeem van coördinaatassen en de werkingsrichting van de componenten van de totale aerodynamische kracht. Tijdens het testen worden de volgende krachten en momenten bepaald: frontale kracht aerodynamische weerstand Rx, zijwaartse kracht R, tillen Pv rolmomentje Mx, kantelmoment Mijn, keermoment Mv

Rijst. 80.

Tijdens het testen wordt het voertuig op een aerodynamische zescomponentenweegschaal gemonteerd en aan het platform bevestigd (zie afbeelding 80). Het voertuig moet van brandstof worden voorzien, uitgerust en geladen in overeenstemming met technische documentatie. De luchtdruk in de banden moet voldoen aan de fabriekshandleiding. De testen worden aangestuurd door een computer volgens het programma voor geautomatiseerde standaard gewichtstesten. Tijdens het testen creëert een speciale ventilator luchtstromen die bewegen met een snelheid van 10 tot 50 m/s met een interval van 5 m/s. Er kunnen verschillende hoeken van de luchtstroom op het voertuig ten opzichte van de lengteas worden gecreëerd. De waarden van krachten en momenten getoond in Fig. 80 en 81, registreert en verwerkt de computer.

Tijdens het testen wordt ook de snelheid (dynamische) luchtdruk gemeten. Q. Op basis van de meetresultaten berekent de computer de coëfficiënten van de hierboven genoemde krachten en momenten, waaruit we de formule voor het berekenen van de luchtweerstandscoëfficiënt presenteren:

Waar Q- dynamische druk; F- frontaal gebied.

Andere coëfficiënten ( Met j, c v s tx, stu, c mz) worden op dezelfde manier berekend met vervanging van de overeenkomstige waarde in de teller.

Het werk heet aerodynamische weerstandsfactor of stroomlijnende factor.

Luchtweerstandscoëfficiëntwaarden k w En cx voor auto's verschillende soorten worden hieronder gegeven.

Manieren om de luchtweerstand te verminderen. Om de luchtweerstand te verminderen, worden de aerodynamische eigenschappen van een auto of trein verbeterd: bij personenauto's wordt de vorm van de carrosserie (meestal) veranderd, en bij vrachtwagens wordt gebruik gemaakt van stroomlijnkappen, een luifel en een aflopende voorruit.

Antenne, spiegel verschijning, imperiaal, extra koplampen en andere uitstekende delen of open ramen luchtweerstand verhogen.

De luchtweerstandskracht van een wegtrein hangt niet alleen af ​​van de vorm van de afzonderlijke schakels, maar ook van de interactie van luchtstromen die rond de schakels stromen (Fig. 81). In de intervallen ertussen worden extra turbulenties gevormd, waardoor de totale luchtweerstand tegen de beweging van de wegtrein toeneemt. Voor hoofdwegtreinen die langs snelwegen rijden hoge snelheid Het energieverbruik om de luchtweerstand te overwinnen kan oplopen tot 50% van het vermogen van een automotor. Om dit te verminderen, zijn deflectors, stabilisatoren, stroomlijnkappen en andere apparaten op wegtreinen geïnstalleerd (Fig. 82). Volgens prof. EEN. Evgrafova, het gebruik van een reeks gemonteerde aerodynamische elementen vermindert de coëfficiënt cx oplegger-wegtrein met 41%, getrokken trein - met 45%.

Rijst. 81.

Rijst. 82.

Bij snelheden tot 40 km/u kracht P w op een asfaltweg is er minder rolweerstand, waardoor daar geen rekening mee wordt gehouden. Boven 100 km/u is de luchtweerstand de belangrijkste component van het verlies aan tractiebalans.

1. De beweging van het voertuig gaat gepaard met de beweging van luchtdeeltjes, die een deel van het motorvermogen verbruiken. Deze kosten bestaan ​​uit de volgende onderdelen:

2. Drag, die ontstaat door het drukverschil voor en achter een rijdende auto (55-60% luchtweerstand).

3. Weerstand veroorzaakt door uitstekende delen - achteruitkijkspiegel, enz. (12-18%).

4. Weerstand die optreedt wanneer lucht door de radiator en het motorcompartiment stroomt.

5. Weerstand door wrijving van nabijgelegen oppervlakken tegen luchtlagen (tot 10%).

6. Weerstand veroorzaakt door het drukverschil tussen de boven- en onderkant van de auto (5-8%).

Om de berekeningen van de luchtweerstand te vereenvoudigen, vervangen we de weerstand verdeeld over het gehele oppervlak van de auto door de kracht van de luchtweerstand die op één punt wordt uitgeoefend, genaamd midden van het zeil auto.

Uit ervaring is gebleken dat de kracht van de luchtweerstand afhankelijk is van de volgende factoren:

Op de snelheid van de auto, en deze afhankelijkheid is kwadratisch van aard;

Vanaf het frontale gedeelte van de auto F;

Van de stroomlijningscoëfficiënt Familie, wat numeriek gelijk is aan de luchtweerstandskracht gecreëerd door één vierkante meter frontale oppervlak van het voertuig wanneer het met een snelheid van 1 m/s beweegt.

Dan de weerstandskracht lucht omgeving.

Bij het bepalen F gebruik empirische formules om het geschatte weerstandsgebied te bepalen. Voor vrachtwagens F gebruikelijk: F=H×B(product van hoogte en breedte), vergelijkbaar voor bussen. Geaccepteerd voor personenauto's F=0,8H×B. Er zijn andere formules die rekening houden met het spoor van het voertuig, de waarschijnlijkheid dat de hoogte van het voertuig verandert, enz. K in ×F genaamd stroomlijnende factor en aanduiden W.

Gebruik om de stroomlijningscoëfficiënt te bepalen speciale apparaten of de uitrolmethode, die bestaat uit het bepalen van de verandering in het pad van een vrij rollend voertuig wanneer het met verschillende beginsnelheden beweegt. Wanneer een auto beweegt in een luchtstroom, de kracht van de luchtweerstand R-in het is mogelijk om te ontbinden in componenten langs de assen van het voertuig. In dit geval verschillen de formules voor het bepalen van de projecties van krachten alleen in de coëfficiënten die rekening houden met de krachtverdeling langs de assen. De stroomlijningscoëfficiënt kan worden bepaald uit de uitdrukking:

waarbij C X een experimenteel bepaalde coëfficiënt is, waarbij rekening wordt gehouden met de verdeling van de luchtweerstandskracht langs de “x”-as. Deze coëfficiënt wordt verkregen door in een windtunnel te blazen, ;

r - luchtdichtheid, volgens GOST r = 1,225 kg/m 3 bij nul.

We krijgen .

Het product vertegenwoordigt een snelheidskop die gelijk is aan de kinetische energie van een kubieke meter lucht die beweegt met de snelheid van een auto ten opzichte van de luchtomgeving.

Coëfficiënt Familie heeft afmeting.

Tussen Familie En C X er is een afhankelijkheid: K in =0,61С X.

Een aanhangwagen op een voertuig verhoogt de sleepkracht met gemiddeld 25%.

We zijn er zo aan gewend dat we omringd zijn door lucht, dat we er vaak geen aandacht aan besteden. We hebben het hier in de eerste plaats over toegepaste technische problemen, waarbij men bij het oplossen in eerste instantie vergeet dat er een kracht van luchtweerstand is.

Ze herinnert zichzelf aan zichzelf bij bijna elke actie. Zelfs als we autorijden, zelfs als we in een vliegtuig vliegen, zelfs als we alleen maar stenen gooien. Laten we dus proberen te begrijpen wat de kracht van luchtweerstand is, met behulp van eenvoudige gevallen als voorbeeld.

Heb je je ooit afgevraagd waarom auto's zo'n gestroomlijnde vorm hebben en... vlak oppervlak? Maar eigenlijk is alles heel duidelijk. De kracht van luchtweerstand bestaat uit twee grootheden: de wrijvingsweerstand van het lichaamsoppervlak en de weerstand van de vorm van het lichaam. Om onregelmatigheden en ruwheid op externe onderdelen bij de vervaardiging van auto's en andere onderdelen te verminderen en te bereiken Voertuig.

Om dit te doen, worden ze gegrond, geverfd, gepolijst en gelakt. Een dergelijke verwerking van onderdelen leidt ertoe dat de luchtweerstand die op de auto inwerkt afneemt, de snelheid van de auto toeneemt en het brandstofverbruik tijdens het rijden afneemt. De aanwezigheid van een weerstandskracht wordt verklaard door het feit dat wanneer een auto beweegt, de lucht wordt gecomprimeerd en ervoor een gebied met lokale hoge druk ontstaat, en daarachter een gebied van zeldzaamheid.

Opgemerkt moet worden dat bij hogere voertuigsnelheden de belangrijkste bijdrage aan de weerstand wordt geleverd door de vorm van de auto. De weerstandskracht, waarvan de berekeningsformule hieronder wordt gegeven, bepaalt de factoren waarvan deze afhankelijk is.

Weerstandskracht = Cx*S*V2*r/2

waarbij S het voorste projectiegebied van de machine is;

Cx-coëfficiënt rekening houdend met;

Zoals uit het bovenstaande duidelijk blijkt, is de weerstand niet afhankelijk van de massa van de auto. De belangrijkste bijdrage komt van twee componenten: het kwadraat van de snelheid en de vorm van de auto. Die. Wanneer de snelheid wordt verdubbeld, zal de weerstand verviervoudigen. Welnu, de dwarsdoorsnede van de auto heeft een aanzienlijke invloed. Hoe gestroomlijnder de auto, hoe minder luchtweerstand.

En in de formule is er nog een parameter waar je eenvoudigweg goed op moet letten: de luchtdichtheid. Maar de invloed ervan is al merkbaarder tijdens vliegtuigvluchten. Zoals u weet neemt de luchtdichtheid af met toenemende hoogte. Dit betekent dat de kracht van zijn weerstand dienovereenkomstig zal afnemen. Voor een vliegtuig zullen dezelfde factoren echter de hoeveelheid weerstand blijven beïnvloeden: snelheid en vorm.

Niet minder interessant is de geschiedenis van het bestuderen van de invloed van lucht op de schietnauwkeurigheid. Dergelijke werkzaamheden zijn lang geleden uitgevoerd; de eerste beschrijvingen dateren uit 1742. Er werden experimenten uitgevoerd in verschillende landen, Met verschillende vormen kogels en granaten. Als resultaat van het onderzoek werden de optimale vorm van de kogel en de verhouding tussen kop en staart bepaald en werden ballistische tabellen van het gedrag van de kogel tijdens de vlucht ontwikkeld.

Vervolgens werden studies uitgevoerd naar de afhankelijkheid van de vlucht van een kogel van zijn snelheid, werd de vorm van de kogel verder uitgewerkt en werd een speciaal wiskundig hulpmiddel ontwikkeld en gecreëerd: de ballistische coëfficiënt. Het toont de verhouding van de aerodynamische weerstandskrachten die op de kogel inwerken.

Het artikel onderzoekt wat de kracht van luchtweerstand is, geeft een formule waarmee je de omvang en mate van invloed van verschillende factoren op de hoeveelheid weerstand kunt bepalen, en onderzoekt de impact ervan op verschillende technologiegebieden.

Hoe vind je de kracht van luchtweerstand? Vertel het me alstublieft, bij voorbaat dank.

1. Maar JIJ hebt geen taak!! ? Als het in de lucht valt, dan volgens de formule: Fc=m*g-m*a; m - massa van het lichaam g = 9,8 ms a - versnelling waarmee het lichaam valt.
2. De weerstandskracht wordt bepaald door de formule van Newton
   F=B*v^2,
   waarbij B een bepaalde coëfficiënt is voor elk lichaam (afhankelijk van de vorm, het materiaal, de oppervlaktekwaliteit - glad, ruw), weersomstandigheden(druk en vochtigheid), enz. Het is alleen toepasbaar bij snelheden tot 60-100 m/s - en dan met grote voorbehouden (opnieuw, het hangt sterk af van de omstandigheden).
   Met behulp van de formule kan dit nauwkeuriger worden bepaald
   F=Bn*v^n
   , waarbij Bn in principe dezelfde coëfficiënt B is, maar deze hangt af van de snelheid, zoals de exponent n (n=2 (ongeveer) wanneer de snelheid van het lichaam in de atmosfeer kleiner is dan M/2 en en meer dan 2..3M, met deze parameters Bn bijna constante waarde).
   Hier is M het Mach-getal - simpel gezegd - gelijk aan de geluidssnelheid in de lucht - 315 m/s.
   Nou ja, in het algemeen - het meest effectieve methode- experimenteren.

   Als er meer informatie was, zou ik meer zeggen.

3. Wanneer een elektrisch voertuig (auto) zich verplaatst met snelheden die hoger zijn dan die van een voetganger, heeft de kracht van de luchtweerstand een merkbaar effect. Gebruik de volgende empirische formule om de luchtweerstandskracht te berekenen:

   Eerlijk = Cx*S*#961;*#957;2/2

   Eerlijk luchtweerstandskracht, N
   Cx luchtweerstandscoëfficiënt (stroomlijningscoëfficiënt), N*s2/(m*kg). Cx wordt voor elk lichaam experimenteel bepaald.
   #961; luchtdichtheid (1,29 kg/m3 onder normale omstandigheden)
   S frontale oppervlakte van een elektrisch voertuig (auto), m2. S is het projectiegebied van het lichaam op een vlak loodrecht op de lengteas.
   #957; snelheid van elektrisch voertuig (auto), km/u

   Om de acceleratiekarakteristieken van een elektrisch voertuig (auto) te berekenen, moet rekening worden gehouden met de acceleratieweerstandskracht (traagheidskracht). Bovendien moet niet alleen rekening worden gehouden met de traagheid van het elektrische voertuig zelf, maar ook met de invloed van het traagheidsmoment van de roterende massa's in het elektrische voertuig (rotor, versnellingsbak, cardan, wielen). Hieronder volgt de formule voor het berekenen van de versnellingsweerstandskracht:

   Vin. = m*a*#963;vr

   Vin. versnellingsweerstandskracht, N
   m massa van het elektrische voertuig, kg
   een versnelling van een elektrisch voertuig, m/s2
   #963;r-factor voor het rekening houden met roterende massa's

   Ongeveer de factor waarmee rekening wordt gehouden met roterende massa's kan worden berekend met behulp van de formule:

   #963;vr=1,05 + 0,05*u2kp

   Waar is de overbrengingsverhouding van de versnellingsbak?

   Rest ons nog de kracht van de hechting van de wielen aan de weg te beschrijven. Deze kracht heeft echter weinig nut bij verdere berekeningen, dus we zullen het voor later laten.

   En nu hebben we al een idee van de belangrijkste krachten die op een elektrisch voertuig (auto) inwerken. Kennis van dit theoretische vraagstuk zal ons er binnenkort toe aanzetten het volgende vraagstuk te bestuderen, namelijk het berekenen van de kenmerken van een elektrisch voertuig die nodig zijn voor een weloverwogen keuze van motor, accu en controller.

Wanneer een voorwerp op een oppervlak of in de lucht beweegt, ontstaan ​​er krachten die dit verhinderen. Ze worden weerstands- of wrijvingskrachten genoemd. In dit artikel zullen we u vertellen hoe u de sleepkracht kunt vinden en kijken naar de factoren die deze beïnvloeden.

Om de weerstandskracht te bepalen, is het noodzakelijk om de derde wet van Newton te gebruiken. Deze waarde is numeriek gelijk aan de kracht die moet worden uitgeoefend om een ​​object gelijkmatig op een vlak horizontaal oppervlak te laten bewegen. Dit kan worden gedaan met behulp van een rollenbank. De weerstandskracht wordt berekend met de formule F=μ*m*g. Volgens deze formule is de gewenste waarde recht evenredig met de lichaamsmassa. Het is de moeite waard om te overwegen dat het voor een correcte berekening noodzakelijk is om μ te selecteren - een coëfficiënt die afhangt van het materiaal waaruit de steun is gemaakt. Er wordt ook rekening gehouden met het materiaal van het artikel. Deze coëfficiënt wordt geselecteerd volgens de tabel. Voor de berekening wordt de constante g gebruikt, die gelijk is aan 9,8 m/s2. Hoe bereken je de weerstand als het lichaam niet in een rechte lijn beweegt, maar langs een hellend vlak? Om dit te doen, moet u de cos van de hoek in de beginformule invoeren. Het is de hellingshoek die de wrijving en weerstand van het oppervlak van lichamen tegen beweging bepaalt. De formule voor het bepalen van wrijving op een hellend vlak ziet er als volgt uit: F=μ*m*g*cos(α). Als een lichaam op een hoogte beweegt, wordt er op gereageerd door de kracht van luchtwrijving, die afhangt van de snelheid van het object. De vereiste waarde kan worden berekend met behulp van de formule F=v*α. Waarbij v de bewegingssnelheid van het object is, en α de luchtweerstandscoëfficiënt van het medium. Deze formule is alleen geschikt voor lichamen die met lage snelheid bewegen. Om de weerstandskracht van straalvliegtuigen en andere hogesnelheidseenheden te bepalen, wordt een andere gebruikt: F=v2*β. Om de wrijvingskracht van hogesnelheidslichamen te berekenen, gebruikt u het kwadraat van de snelheid en de coëfficiënt β, die voor elk object afzonderlijk wordt berekend. Wanneer een object in een gas of vloeistof beweegt, moet bij het berekenen van de wrijvingskracht rekening worden gehouden met de dichtheid van het medium, evenals met de massa en het volume van het lichaam. Verkeersweerstand vermindert de snelheid van treinen en auto's aanzienlijk. Bovendien werken er twee soorten krachten op bewegende objecten: permanent en tijdelijk. De totale wrijvingskracht wordt weergegeven door de som van twee grootheden. Om de weerstand te verminderen en de machinesnelheid te verhogen, bedenken ontwerpers en ingenieurs een verscheidenheid aan materialen met een glijoppervlak waarvan lucht wordt afgestoten. Daarom heeft het voorste deel van hogesnelheidstreinen een gestroomlijnde vorm. Vissen bewegen zeer snel in het water dankzij een gestroomlijnd lichaam bedekt met slijm, wat wrijving vermindert. De weerstandskracht heeft niet altijd een negatief effect op de beweging van auto's. Om een ​​auto uit de modder te trekken, moet je zand of steenslag onder de wielen gieten. Dankzij de toename van de wrijving kan de auto goed overweg met moerassige grond en modder.

Tijdens het parachutespringen wordt gebruik gemaakt van luchtweerstand. Als gevolg van de wrijving tussen het bladerdak en de lucht wordt de snelheid van de parachutist verminderd, waardoor hij kan parachutespringen zonder zijn leven te schaden.