معامل السحب والسرعة: العلاقة والجوانب والحقائق المختلفة


السحب هو قوة مرتبطة بالجسم المتحرك في بيئة مائعة. يتم تحديد قوة السحب بواسطة كيان بلا أبعاد يسمى معامل السحب ، والذي يساعد في وصف طبيعة الحركة في السائل.

يحدد معامل السحب المقاومة دائمًا عرضت على الكائن تحت الحركة في سائل. نظرًا لأن الكائن قيد الحركة يمتلك سرعة معينة ، فإن معامل السحب والسرعة ذات صلة. يشرح هذا المنشور بإيجاز العلاقة بين معامل السحب والسرعة في مختلف الجوانب.

العلاقة بين معامل السحب والسرعة

معامل السحب CD يتم تعريفه دائمًا باستخدام مصطلحات مثل كثافة السائل والمنطقة المرجعية للمقطع العرضي للجسم والسرعة ورقم رينولدز ؛ وبالتالي ، يمكن كتابة العلاقة بين معامل السحب والسرعة باستخدام المعادلة.

CD= 2FD/v2أ

حيث FD هي قوة السحب ، ρ هي كثافة كتلة السائل ؛ A هي المنطقة المرجعية ، و v هي المنطقة المرجعية السرعة النسبية للجسم في السائل.

من التعبير أعلاه ، العلاقة بين معامل السحب CD و السرعة النسبية v يُعطى كـ

CD∝ 1 / ت2

التعبير أعلاه يعني أن الزيادة المربعة في السرعة تقلل من معامل السحب. وبالتالي ، فإن معامل السحب والسرعة يرتبطان عكسياً ببعضهما البعض.

معامل السحب والسرعة
رسم توضيحي لمعامل السحب والسرعة

علاقة قوة السحب والسرعة

تعمل قوة السحب دائمًا على تأخير تدفق الجسم في السائل. مع زيادة السرعة ، تتغير قوة السحب المرتبطة بها بشكل متناسب. تُعطى قوة السحب المؤثرة على الجسم في السائل

FD= 1/2 جDv2أ

من المعادلة أعلاه ، في ميكانيكا الموائع ، يتم تفسير العلاقة بين السحب والسرعة من خلال اعتبار سرعة الجسم على أنها سرعة منخفضة وعالية. تختلف قوة السحب باختلاف السرعات المنخفضة والعالية.

بالنسبة للتدفق منخفض السرعة ، تتناسب قوة السحب مع السرعة المعطاة بها

FD

بالنسبة للتدفق عالي السرعة ، تكون قوة السحب متناسبة مع مربع السرعة المعطاة كـ

FD2

كيف تؤثر السرعة على السحب؟

إن اعتماد السحب على مربع السرعة أمر طبيعي تمامًا في ديناميكيات الموائع ، حيث تظهر السرعة بعض الانحراف في السحب عندما يتغير.

يرتبط الجسم العائم في السائل بمضاعفة السرعة - وهذا يعني أنه كلما زادت السرعة إلى قيمتها المربعة ، يزداد السحب بمقدار أربعة أضعاف. الزيادة الرباعية في السحب ترجع إلى الكيانات الأخرى المرتبطة بالسحب. يتم إعطاء تأثير السرعة على السحب بواسطة

D∝ v2

وبالتالي يمكننا كتابة التناسب أعلاه

D = ثابت × v2

يتم النظر إلى الثابت في التعبير أعلاه مع الكثافة والمساحة ومعامل السحب المرتبط بالسحب.

وهكذا فإن ملف السرعة النسبية يزداد إلى قيمته المربعة ، ويزداد السحب أربع مرات.

قوة السحب والسرعة الزاوية

السرعة الزاوية يرتبط دائمًا بالحركة الدوارة للكائن. من أجل وصف قوة السحب بالسرعة الزاوية ، علينا النظر في تعبير السحب الخطي ؛ يعطى أدناه:

FD= 1/2 جDv2أ

ومع ذلك ، نحن نتحدث عنه الحركة الدورانية ، عزم الدوران المتعلقة بقوة السحب المعطاة كـ

τ ∝ rv2أ

نظرًا لأن الحركة عبارة عن حركة دورانية ، فإن السرعة الزاوية للكائن يمكن أن تكون مرتبطة بالسرعة الخطية مثل

v = ω × r ، حيث r هو نصف قطر مسار الدوران و هي السرعة الزاوية المرتبطة بالجسم الدوار.

اعتمادات الصورة: صورة يوم 1971 تبدأ من Pixabay 

بالتعويض عن قيمة v ، نحصل على

τ ∝ ص3 ω2أ

من التعبير أعلاه ، السحب القوة تعادل عزم الدوران يعمل على الكائن الدوار.

وبالتالي يمكن كتابة قوة السحب كـ

FD= 1/2 جDr3 ω2أ

قوة السحب والسرعة النهائية

عندما يسقط جسم ما بحرية من السائل ، فإن السرعة القصوى التي يكتسبها الجسم تسمى السرعة النهائية.

النظر في مثال لاعب القفز المظلي. عندما يغوص يقع تحت تأثير الجاذبية. هناك قوتان تؤثران على الغواص ، إحداهما هي قوة الجاذبية والأخرى هي قوة السحب. ومع ذلك ، مع زيادة سرعة الغواص ، يزداد حجم قوة السحب أيضًا حتى تصبح مساوية لـ مقدار قوة الجاذبية.

اعتمادات الصورة: صورة بواسطة ديميتريس فيتسيكاس تبدأ من Pixabay 

عندما يتساوى مقدار السحب وقوة الجاذبية ، تصبح القوة الكلية المؤثرة على الغواص باطلة ، مما يجعل العجلة صفرًا أيضًا. في هذه الحالة ، يكون الغواص قد حقق بسرعة ثابتة تسمى السرعة النهائية.

العلاقة بين قوة السحب والسرعة النهائية

ناقشنا في القسم السابق العلاقة بين معامل السحب والسرعة وقوة السحب والسرعة الزاوية. وبالمثل ، فإن العلاقة بين قوة السحب والسرعة النهائية يمكن إعطاؤها من خلال النظر في سقوط الجسم.

علاقة قوة السحب والسرعة النهائية

كما نعلم ، عندما يصل الجسم إلى السرعة النهائية ، فإنه يواجه قوتين ، قوة السحب وقوة الجاذبية. يمكن الحصول على قوة الجاذبية من خلال وزن الجسم. إذن القوة الكلية مُعطاة بـ

Fصاف= WFD، حيث W = mg

عندما يصل الجسم إلى السرعة النهائية ، فإن صافي القوة Fصاف= أماه = 0

وهكذا فإن FD= W = ملغ

استبدال المعادلة أعلاه نحصل عليها

FD= 1/2 جDVT2 أ

ملغ = 1/2 جDVT2 أ

وبإعادة ترتيب الحدود ، نحصل على السرعة النهائية كـ

vT2= 2 ملغ / كDأ

vT= √2mg / C.Dأ

ما هي قوة السحب؟

هناك دائمًا قوة إعاقة تؤثر على الجسم المتحرك ، مما يوفر مقاومة للحركة.

قوة السحب على الجسم المتحرك في السائل (سائل أو غاز). يمكن تعريفها على أنها القوة المؤثرة على الجسم الصلب المتحرك في مائع مقابل الحركة النسبية للسائل.

تم حل المشكلات المتعلقة بقوة السحب ومعامل السحب والسرعة

قوة السحب المؤثرة على الجسم هي 235 نيوتن ، والكثافة تساوي 1.11 كجم / م3، ومساحة المقطع العرضي من الجسم 2.33 م2. يُحسب معامل سحب الجسم على أنه 0.14 ومن ثم يتم حساب سرعة الجسم.

حل:

قوة السحب FD= 235N

الكثافة ρ = 1.11 كجم / م3.

المقطع العرضي أ = 2.33 م2

معامل السحب CD= 0.14

سرعة الجسم

ت = √2FD/CD أ

الخامس = √2 (235) / (0.14) * 1.11 أ

الخامس = 36.02 م / ث.

احسب قوة السحب لجسم يدور في مسار دائري نصف قطره 3 م في الهواء بسرعة 12 م / ث. مساحة المقطع العرضي 3.4 م2، ومعامل السحب 0.55.

حل:

معامل السحب CD= 0.55

نصف قطر المسار ص = 3 م

مساحة المقطع A = 3.4 م2

السرعة الزاوية ω = 12 م / ث

كثافة الهواء ρ = 1.21 كجم / م3

FD= 1/2 جDr3 ω2أ

FD= 1/2 * 0.55 * 33 * 122* 3.4 * 1.21

FD= 4.3 × 103N

غواص كتلته 79 كجم يغوص من المظلة. يُعطى معامل السحب للغواص على أنه 0.73 ، وتعتبر مساحة المقطع العرضي 0.17 م2. احسب السرعة النهائية للغواص.

حل:

نظرا لكتلة الغواص م = 79 كجم

معامل السحب CD= 0.73

مساحة المقطع العرضي أ = 0.17 م2

من البيانات الواردة أعلاه ، يمكن إعطاء السرعة النهائية على النحو التالي

vT= √2mg / C.D أ

كثافة الهواء ρ = 1.21 كجم / م3

التسارع بسبب الجاذبية g = 9.8m / s2

vT=√2(79*9.8)/0.73*0.17*1.21

vT= 101.600 م / ث.

كيرثي مورثي

أنا Keerthi K Murthy ، لقد أكملت التخرج في الفيزياء ، مع التخصص في مجال فيزياء الجوامد. لطالما اعتبرت الفيزياء كموضوع أساسي مرتبط بحياتنا اليومية. كوني طالب علوم أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في الفيزياء. ككاتب ، هدفي هو الوصول إلى القراء بالطريقة المبسطة من خلال مقالاتي. تصلني - keerthikmurthy24@gmail.com

آخر المقالات

رابط إلى هل بجانب اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

هل بجانب اقتران؟ 5 حقائق (متى ولماذا وأمثلة)

تلعب "أدوات الاقتران" و "الظروف المترابطة" نفس الدور من خلال ربط العبارات أو الجمل أو الجمل. دعونا نتحقق من الدور الذي يلعبه "إلى جانب" أثناء ربط الجمل. كلمة "بجانب" هي ...