空气阻力公式
您是否曾经将手从超速行驶的汽车或公共汽车中伸出?空气将您的手推向与车辆运动相反的方向。一个物体从桌子上掉下来,随后会减慢速度,因为某种力通过与它的运动相反的方向作用来减慢它的下落速度。在这两种情况下,大气都会对物体施加一定的力,从而减慢它们的运动。下面讨论力及其公式。
空气阻力
空气对通过它的物体施加的力称为空气阻力。这种力通常被科学家称为阻力或阻力。通常,该力施加在与物体运动相反的方向上,从而减慢它的速度。
空气阻力的摩擦力作用在运动体上。当身体移动时,空气阻力会减慢它的速度。身体的运动越多,施加在它身上的空气阻力就越大。空气阻力会影响所有运动物体,包括自行车、汽车、火车、火箭、飞机,甚至是活体。如下图所示,空气阻力也作用于自由落体的物体,其方向与重力相反。
例子
- 降落伞降落:空气阻力在降落伞的运行中尤为显着。当一名跳伞运动员下潜并打开他或她的降落伞时,空气会抵抗跳跃。由于空气产生的阻力,降落伞接近地球的速度减慢。重力将降落伞向下推,而空气阻力将降落伞向上拉。结果,空气阻力帮助个人平稳地降落在地面上。
- 在暴风雨中行走:在恶劣的天气中行走通常具有挑战性。逆风行走时,个体会感觉到很大程度的阻力,导致行走困难。同样的道理,在大风面前,手拿伞也很困难。
- 飞机:飞机的发动机、机翼和螺旋桨的构造方式可以产生足够的推力来帮助飞机克服空气阻力。湍流也是由空气引入的摩擦引起的。然而,在火箭的情况下,空气阻力不会造成问题,因为火箭必须进入太空,这是一个没有空气的环境,因此没有空气阻力。
公式
空气阻力公式如下:
Fair = cv2
where,
- Fair depicts the force of air resistance
- c refers to the force constant
- v depicts the object’s velocity.
示例问题
问题 1. 如果物体以 50 ms -1的速度运动,其力常数为 0.05,计算空气阻力。
解决方案:
Given: v = 50 ms-1 and c = 0.05
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.05)(50)2
Fair = 125 N
问题 2. 如果物体以 40 ms -1的速度运动,其力常数为 0.08,计算空气阻力。
解决方案:
Given: v = 40 ms-1 and c = 0.08
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.08)(40)2
Fair = 128 N
问题 3. 如果物体以 30 ms -1的速度运动,遇到 20 N 的空气阻力,计算力常数。
解决方案:
Given: v = 30 ms-1 and Fair = 20 N
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
20 = c(30)2
c = 20/900
c = 0.023
问题 4. 如果以 20 ms -1的速度运动的物体遇到 50 N 的空气阻力,计算力常数。
解决方案:
Given: v = 20 ms-1 and Fair = 50 N
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
50 = c(20)2
c = 50/400
c = 0.125
问题 5. 如果物体以 30 ms-1 移动,其力常数为 0.02,计算空气阻力。
解决方案:
Given: v = 30 ms-1 and c = 0.02
The formula for air resistance is Fair = cv2
Substitute the given values in the above formula. Then,
= (0.02)(30)2
Fair = 18 N