المحتوى
الجميع على دراية حدسي بمفهوم قوة السحب. عندما تتجول في الماء أو تركب دراجة ، تلاحظ أنه كلما زاد العمل الذي تمارسه وأسرع ما تتحرك ، زادت المقاومة التي تحصل عليها من الماء أو الهواء المحيطين ، وكلاهما يعتبران من علماء الفيزياء سوائل. في حالة عدم وجود قوى جر ، قد تتم معالجة العالم من خلال الألعاب التي يبلغ طولها 1000 قدم في لعبة البيسبول ، وسجلات العالم بأسرع بكثير في سباقات المضمار والميدان ، والسيارات ذات المستويات الخارقة من الاقتصاد في استهلاك الوقود.
قوى السحب ، كونها مقيدة وليست دافعة ، ليست مثيرة مثل القوى الطبيعية الأخرى ، لكنها حاسمة في الهندسة الميكانيكية والتخصصات ذات الصلة. بفضل الجهود التي يبذلها العلماء ذوو التفكير الرياضي ، من الممكن ليس فقط تحديد قوى السحب في الطبيعة ولكن أيضًا لحساب قيمها العددية في مجموعة متنوعة من المواقف اليومية.
معادلة قوة السحب
يعرف الضغط ، في الفيزياء ، بأنه القوة لكل وحدة مساحة: P = F / A. باستخدام "D" لتمثيل قوة السحب على وجه التحديد ، يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة د = اتفاق السلام الشامل، حيث C ثابت التناسب الذي يختلف من كائن إلى كائن. يمكن التعبير عن الضغط على جسم يتحرك عبر السائل بأنه (1/2) ρv2، حيث ρ (الحرف اليوناني rho) هي كثافة السائل و v هي سرعة الأجسام.
وبالتالي، D = (1/2) (C) (ρ) (v2)(أ).
لاحظ عدة عواقب لهذه المعادلة: ترتفع قوة السحب بنسبة مباشرة إلى الكثافة ومساحة السطح ، وترتفع مع مربع السرعة. إذا كنت تعمل بسرعة 10 أميال في الساعة ، فإنك تواجه أربعة أضعاف السحب الديناميكي كما تفعل في 5 أميال في الساعة ، مع بقاء كل الأشياء الأخرى ثابتة.
اسحب القوة على كائن السقوط
واحدة من معادلات الحركة لكائن في السقوط الحر من الميكانيكا الكلاسيكية هي ت = الخامس0 + في. فيه ، v = السرعة في الوقت t ، v0 هي السرعة الأولية (عادةً ما تكون صفرية) ، تسارع بسبب الجاذبية (9.8 م / ث2 على الأرض) ، و t الوقت المنقضي بالثواني. من السهل في لمحة أن يسقط جسم ما من ارتفاع كبير بسرعة متزايدة إذا كانت هذه المعادلة صحيحة تمامًا ، لكن هذا لا يرجع إلى إهمالها قوة السحب.
عندما يكون مجموع القوى المؤثرة على جسم ما صفراً ، فإنه لم يعد يتسارع ، على الرغم من أنه قد يتحرك بسرعة عالية ثابتة. وهكذا ، يبلغ الطائر المظلي سرعته النهائية عندما تساوي قوة السحب قوة الجاذبية. يمكنها معالجة هذا من خلال وضع جسدها ، والذي يؤثر على A في معادلة السحب. السرعة النهائية حوالي 120 ميل في الساعة.
جر القوة على السباح
يواجه السباحون التنافسيون أربع قوى متمايزة: الجاذبية والطفو ، والتي تصادف بعضها البعض في طائرة عمودية ، والسحب والدفع ، والتي تعمل في اتجاهين متعاكسين في المستوى الأفقي. في الواقع ، فإن القوة الدافعة ليست أكثر من قوة جر تطبقها أقدام السباحين وأيديهم للتغلب على قوة السحب المائية ، والتي ، حسب تقديرك المحتمل ، أكبر بكثير من قوة الهواء.
حتى عام 2010 ، سُمح للسباحين الأولمبيين باستخدام بدلات هوائية خاصة كانت موجودة منذ بضع سنوات فقط. حظرت الهيئة المنظمة للسباحين الدعاوى لأن تأثيرها كان واضحًا للغاية لدرجة أن الأرقام القياسية العالمية كانت محطمة من قبل الرياضيين الذين كانوا بخلاف ذلك غير ملحوظين (ولكن لا يزالون على مستوى عالمي) بدون البدلات.