如何计算下落物体的空气阻力
目录:
每当物体相对于空气运动时,物体就会经历 阻力
这与身体相对于空气的速度方向相反。这种阻力称为 空气阻力.例如,考虑一张掉落的纸。相对于空气,纸是向下运动的,所以纸上会有向上的阻力。
物体在空气中缓慢下落时如何计算下落物体的空气阻力
对于相对于空气缓慢移动的物体(如下落的尘埃颗粒),阻力与物体的速度成正比
相对于空气。所以,我们可以这样写:
的价值
取决于身体的形状和大小。
让我们考虑一下当一个物体从静止状态在空中低速坠落时会发生什么。最初,身体相对于空气的速度为 0,因此没有空气阻力。随着身体在向下合力的作用下加速,空气阻力也成比例地增加。
最终,身体达到一个速度,身体的重量完全被空气阻力平衡。身体到了这里 终端速度,
.速度随时间的变化可以在图表上显示,如下所示:
可以证明这些情况的终端速度由下式给出
.
例子:
假设一个质量为 3.8×10 的花粉粒-14 kg 正在空气中落下。如果常数值
4.0×10-11 公斤-1,求终端速度。
自从
,
笔记: 实际上,计算并没有那么简单,还有许多其他因素在起作用。然而,为了这个例子,我们假设影响花粉粒下落的唯一因素是重力和空气阻力,并且还假设空气阻力与花粉的速度成正比。
物体在空气中快速下落时如何计算下落物体的空气阻力
在空中下落速度较快的物体(例如,跳伞者)会产生大量的湍流,因此它们所经历的空气阻力要大得多。对于这些物体,空气阻力与物体相对于空气的速度的平方成正比。这些情况下的空气阻力由下式给出:
这里,
是 阻力系数,
是个 空气密度 (通常约 1.2 kg m-3), 和
是个 身体的有效横截面 垂直于身体的速度方向。通常,
取 0.1 到 2 之间的值。
在空气中快速运动的物体的终端速度可以由下式给出
.
例子:
落在空中的高尔夫球的阻力系数为 0.26。鉴于它的有效截面积为 1.4×10-3 米2, 求球以 20 m s 的速度运动时球上的空气阻力-1.
我们有
然后,
![如何计算下落物体的空气阻力 如何计算下落物体的空气阻力](https://img.books-kingdom.com/images/002/image-3481.jpg)