11+ Drag Force Beispiel: Detaillierte Fakten


In diesem Artikel werden wir verschiedene Beispiele von Widerstandskräften mit detaillierten Einblicken diskutieren. Widerstandskräfte sind mechanische Kräfte, die durch die Wechselwirkung eines Festkörpers mit seiner umgebenden Flüssigkeit erzeugt werden.

Beispiele für Widerstandskraft sind sehr verbreitet und werden in der Natur häufig als Kraft gesehen, die der relativen Bewegung eines sich bewegenden Körpers entgegenwirkt. Immer wenn sich ein Körper durch Luft bewegt, wird diese Widerstandskraft aerodynamischer Widerstand genannt, und wenn das sich bewegende Medium Wasser ist, wird er als hydrodynamischer Widerstand bezeichnet.

Drag Force-Beispiele sind unten aufgeführt

Ein Boot, das im Wasser fährt

Kräfte auf einem Boot resultieren aus Luftbewegungen, die mit dem Boot interagieren und eine Antriebskraft für das Segeln im Wasser ergeben. Die auf das Boot wirkenden Kräfte hängen von der Windgeschwindigkeit und -richtung sowie der Geschwindigkeit und Fahrtrichtung des Fahrzeugs ab.

Auf das Boot wirken vier Kräfte: sein Gewicht, die Auftriebskraft (die Kontaktkraft mit dem Wasser, die das Boot nach oben drückt), die Vorwärtskraft des Windes und der Rückwärtswiderstand des Wassers.

Die Widerstandskraft D, die ein Körper erfährt, während er sich durch eine Flüssigkeit bewegt, ist gegeben durch:

[latex]D=\frac{1}{2}C\rho Av^{2}[/latex]

Wo:

C ist der Luftwiderstandsbeiwert, typische Werte reichen von 0.4 bis 1.0 für verschiedene Flüssigkeiten (wie Luft und Wasser)

ρ ist die Dichte der Flüssigkeit, durch die sich der Körper bewegt

v ist die Geschwindigkeit des Körpers relativ zum Fluid

A ist die projizierte Querschnittsfläche des Körpers senkrecht zur Strömungsrichtung .

Beispiel Widerstandskraft
Ein Segelboot; Bildnachweis: Wikipedia

Ein Flugzeug, das in den Himmel fliegt

Das kombinierte Ergebnis der vier Kräfte Luftwiderstand, Schub, Auftrieb und Gewicht macht es möglich, ein Flugzeug am Himmel zu fliegen.

 Das Gewicht des Flugzeugs zieht es in Richtung Erdmittelpunkt, um diese Zugkraft zu überwinden, ist genügend Auftrieb nach oben erforderlich. Der Auftrieb ist das Ergebnis von Luftdruckunterschieden an und über den Flugzeugflügeln. Der Flugzeugmotor erzeugt einen Schub in der Bewegungsrichtung des Flugzeugs, der durch die Widerstandskraft ausgeglichen wird, die entgegen der Bewegungsrichtung wirkt.

Wenn ein Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit gerade und waagerecht fliegt, gleicht der von ihm erzeugte Auftrieb sein Gewicht aus, und der erzeugte Schub gleicht seinen Luftwiderstand aus. Dieses Kräftegleichgewicht ändert sich jedoch, wenn das Flugzeug steigt und sinkt, wenn es beschleunigt und langsamer wird und wenn es wendet.

Kräfte, die auf ein Flugzeug in einem Längsflug in konstanter Höhe einwirken; Bildnachweis: Wikipedia

Ein Vogel, der in den Himmel fliegt

Der Vogelschlag mit den Flügeln ist eine der in der Natur weit verbreiteten Antriebsmethoden.

Im Falle eines Vogels kann der durch das Schlagen der Flügel erzeugte Auftrieb als vertikale Kraft betrachtet werden, die das Körpergewicht des Vogels trägt (dh nach unten gerichtete Schwerkraft). Hier wird der Widerstand als die horizontale Kraft betrachtet, die dem Schub entgegenwirkt. Schub ist die Kraft, die das Objekt in Vorwärtsrichtung bewegt, für einen Vogel wird das Vertrauen durch die Muskeln des Vogels bereitgestellt.

Der Luftwiderstand wird durch den Luftwiderstand verursacht und wirkt in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung. Der erzeugte Luftwiderstand hängt von der Form des Objekts, der Luftdichte und der Bewegungsgeschwindigkeit dieses Objekts ab. Der Schub kann die Widerstandskraft entweder überwinden oder ihr entgegenwirken.

Während des Vorwärtsflugs erzeugt der Körper eines Vogels einen Widerstand, der dazu neigt, seine Geschwindigkeit zu verlangsamen. Indem er mit den Flügeln schlägt oder beim Gleiten potentielle Energie in Arbeit umwandelt, erzeugt der Vogel sowohl Auftrieb als auch Schub, um die Anziehungskraft der Schwerkraft und den Luftwiderstand auszugleichen

Auf einen Flügel wirkende Kräfte; Bildnachweis: Wikipedia

Ein fahrendes Auto

Im Falle eines fahrenden Autos ist die Größe der Widerstandskraft gleich und wirkt in entgegengesetzter Richtung zu der Kraft, die der Motor an den Rädern des Fahrzeugs erzeugt. Aufgrund dieser beiden gleichen und entgegengesetzten Kräfte, die auf das Auto wirken, wird die resultierende Nettokraft Null und das Auto kann eine konstante Geschwindigkeit beibehalten.

Wenn wir die vom Motor erzeugte Kraft zu Null machen, indem wir das Auto für eine Weile in einer neutralen Position halten, wirkt nur die Widerstandskraft auf das Auto. In diesem Zustand ist die Nettokraft auf das Auto verfügbar und das Auto verzögert.

Radfahren oder Radfahren

Der Luftwiderstand ist in der Tat eine große Widerstandskraft beim Radfahren, jeder Radfahrer muss den Luftwiderstand überwinden. Der Druckwiderstand spielt beim Radfahren eine große Rolle, hauptsächlich verursacht durch die Luftpartikel, die auf den nach vorne gerichteten Oberflächen zusammengedrückt und auf den hinteren Oberflächen weiter voneinander entfernt sind

Jeder Radfahrer, der schon einmal bei starkem Gegenwind in die Pedale getreten ist, kennt den Luftwiderstand. Es ist anstrengend! Um sich fortzubewegen, muss sich der Radfahrer durch die Luftmasse vor ihm drängen.

Fahrrad

Fahrräder und Motorräder sind beide einspurige Fahrzeuge und daher haben ihre Bewegungen viele grundlegende Eigenschaften gemeinsam. Betrachten wir den Fahrer und das Fahrrad als ein einziges System, wirken als externe Kräfte: Widerstandskraft, Gravitationskraft, Trägheit, Reibungskraft vom Boden und innere Kräfte, die vom Fahrer verursacht werden.

Dynamik eines Bikers; Bildnachweis: Wikipedia

Fallschirm

Die auf einen Fallschirm wirkende Widerstandskraft hängt von der Größe des Fallschirms ab, je größer der Fallschirm ist, desto höher ist die auf ihn wirkende Widerstandskraft.

Die beiden auf einen Fallschirm wirkenden Kräfte sind die Luftwiderstandskraft und die Gravitationskraft. Die Widerstandskraft wirkt der Gravitationskraft entgegen und verlangsamt den Fallschirm bei jedem Fall.

Fallschirm; Bildnachweis: Wikipedia

Ein Fallschirmspringer, der durch den Himmel fällt

Wenn ein Fallschirmspringer aus dem Flugzeug springt, wirken sowohl der Luftwiderstand als auch die Schwerkraft auf seinen Körper. Die Gravitationskraft bleibt konstant, aber der Luftwiderstand steigt mit zunehmender Erdgeschwindigkeit.

Die Wucht der auf den Körper auftreffenden Luftteilchen kann durch Veränderung seiner Körperposition (der Querschnittsfläche des Körpers) verändert werden. Dadurch ändert sich die Geschwindigkeit des Fallschirmspringers in Richtung Erde.

Die Widerstandskraft, die der Körper erfährt, kann durch die folgende Formel dargestellt werden:

[latex]R=0.5\times D\times p\times A\times v^{2}[/latex]

Wobei D der Luftwiderstandsbeiwert ist,

p ist die Dichte des Mediums, in diesem Fall Luft,

 A ist die Querschnittsfläche des Objekts und

 v ist die Geschwindigkeit des Objekts.

Skispringen; Bildnachweis: Wikipedia

Bewegung von Pfeilen und Frisbee

Die Flugbahn eines Pfeils wird durch drei Kräfte beeinflusst: a) Beschleunigungskraft vom Bogen zum Ziel, b) Beschleunigungskraft zur Erde aufgrund der Gravitationskraft und c) Verzögerungskraft aufgrund des aerodynamischen Widerstands auf den Pfeil.

Die Bogensehnenkraft beschleunigt den Pfeil vom Bogen, bis der Pfeil die Startgeschwindigkeit erreicht, die Widerstandskraft verlangsamt seine Geschwindigkeit, wenn sich der Pfeil durch die Luft bewegt. Schließlich bringt die Gravitationskraft den Pfeil auf die Erdoberfläche zurück.

Große Kräfte führen zu einer Beschleunigung, aber schwere Massen sind sehr schwer zu beschleunigen oder abzubremsen. Daher verlässt ein leichter Pfeil den Bogen schneller und verliert im Flug schneller an Geschwindigkeit.

Runners  

Wenn die Läufer laufen, erleben sie, dass der „Wind“, der gegen sie drückt, eigentlich die Kraft des Luftwiderstands ist. Im Falle eines Läufers oder Schwimmers wirkt die Widerstandskraft immer gegen die Bewegung und versucht, ihre Bewegung zu verlangsamen. Um den Widerstand zu überwinden, muss sich ein Läufer schnell bewegen, um vorwärts zu laufen. Mit anderen Worten, der Körper sollte mehr Schub erzeugen.

Schwimmer

Verschiedene Arten von Widerstandskräften wie Reibung, Druck und Wellenwiderstand wirken kontinuierlich auf einen Schwimmer ein, wenn er in das Schwimmbecken hinabsteigt, bis zur endgültigen Berührung der Wand. Reibungswiderstand tritt als Ergebnis der Reibung von Wassermolekülen am Körper des Schwimmers auf, ein glatterer Körper des Schwimmers verringert die Reibung in gewissem Maße.

Beim Schwimmen mit höherer Geschwindigkeit steigt der Druck im vorderen Bereich (Kopf des Schwimmers) an, wodurch ein Druckunterschied zwischen den beiden Körperenden des Schwimmers entsteht. Dieser Unterschied bzgl Druck erzeugt Turbulenzen hinter dem Körper des Schwimmers, diese zusätzliche Widerstandskraft ist der Druckwiderstand.

Wellenwiderstand entsteht dadurch, dass der Körper des Schwimmers in das Wasser eingetaucht und teilweise aus dem Wasser ist. Die gesamte Wellenwiderstandskraft wird vom Kopf- und Schulterbereich des Körpers des Schwimmers erzeugt.

Bewegung der Bälle

Wenn sich der Ball durch die Luft bewegt, widersetzt sich Drag der Bewegung des Balls während seines Flugs und verringert gleichzeitig seine Reichweite und Höhe Seitenwind wird es von seiner ursprünglichen Bahn ablenken. Beide Effekte werden von den Spielern in Sportarten wie Golf berücksichtigt.

Ein springender Ball folgt im Allgemeinen der Projektilbewegung. Auf einen Ball wirken verschiedene Kräfte wie Widerstandskraft, Gravitationskraft, Magnuskraft aufgrund des Spins des Balls und Auftriebskraft. Alle Kräfte müssen berücksichtigt werden, um die Bewegung des Balls zu analysieren.

Im Allgemeinen gibt es viele Faktoren, die die Größe der Widerstandskraft beeinflussen, einschließlich der Form und Größe des Balls, des Quadrats der Geschwindigkeit des Objekts und der Luftbedingungen; insbesondere die Dichte und Viskosität der Luft. Die Größe der Widerstandskraft zu bestimmen ist schwierig, da sie von den Einzelheiten der Wechselwirkung der Strömung mit der Oberfläche des Objekts abhängt. Bei einem Fußball ist dies besonders schwierig, da Nähte verwendet werden, um den Ball zusammenzuhalten.

Flummi; Bildnachweis: Wikipedia

Erfahren Sie mehr über  Ist Luftwiderstand eine Kraft.

Sangeeta Das

Ich bin Sangeeta Das. Ich habe meinen Master in Maschinenbau mit Spezialisierung auf Verbrennungsmotoren und Automobile abgeschlossen. Ich habe rund zehn Jahre Erfahrung in Industrie und Wissenschaft. Mein Interessengebiet umfasst Verbrennungsmotoren, Aerodynamik und Strömungsmechanik. Sie erreichen mich unter https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

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