11+ Esempio di forza di trascinamento: fatti dettagliati


In questo articolo, discuteremo diversi esempi di forze di trascinamento con approfondimenti dettagliati. Le forze di trascinamento sono forze meccaniche generate dall'interazione di un corpo solido con il fluido circostante.

Gli esempi di forza di trascinamento sono molto comuni e spesso visti in natura come la forza che agisce in modo opposto al movimento relativo di qualsiasi corpo in movimento. Ogni volta che un corpo si muove nell'aria, questa forza resistiva è chiamata resistenza aerodinamica e se il mezzo di viaggio è l'acqua, allora è nota come resistenza idrodinamica.

Esempi di forza di trascinamento sono elencati di seguito

Una barca che viaggia in acqua

Le forze su una barca derivano dal movimento dell'aria che interagiscono con la barca e determinano una forza motrice per navigare in acqua. Le forze che agiscono sull'imbarcazione dipendono dalla velocità e dalla direzione del vento, nonché dalla velocità e dalla direzione dell'imbarcazione.

Quattro forze agiscono sulla barca: il suo peso, la forza di galleggiamento (la forza di contatto con l'acqua che spinge la barca verso l'alto), la forza in avanti del vento e la resistenza all'indietro dell'acqua.

La forza di resistenza D sperimentata da un corpo mentre viaggia attraverso un fluido è data da,

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

Dove:

C è il coefficiente di resistenza aerodinamica, valori tipici compresi tra 0.4 e 1.0 per diversi fluidi (come aria e acqua)

ρ è la densità del fluido attraverso il quale si muove il corpo

v è la velocità del corpo rispetto al fluido

A è l'area della sezione trasversale proiettata del corpo perpendicolare alla direzione del flusso.

esempio di forza di trascinamento
Una barca a vela; Credito immagine: wikipedia

Un aeroplano che vola nel cielo

Il risultato combinato di quattro forze di trascinamento, spinta, sollevamento e peso rendono possibile il volo di un aeroplano nel cielo.

 Il peso dell'aeroplano lo spinge verso il centro della terra, per superare questa forza di trazione è necessaria una portanza sufficiente verso l'alto. La portanza è il risultato delle differenze di pressione dell'aria sopra e sopra le ali dell'aeroplano. Il motore dell'aeroplano produce una spinta nella direzione di movimento dell'aereo che è bilanciata dalla forza di resistenza che agisce in modo opposto alla direzione del movimento.

Quando un aeroplano vola dritto e livellato a velocità costante, la portanza che produce bilancia il suo peso e la spinta che produce bilancia la sua resistenza. Tuttavia, questo equilibrio di forze cambia man mano che l'aeroplano sale e scende, accelera e rallenta e mentre vira.

Forze che agiscono su un aeroplano in volo longitudinale a livello costante; Credito immagine: wikipedia

Un uccello che vola nel cielo

Sbattere le ali da parte degli uccelli è uno dei metodi di propulsione diffusi disponibili in natura.

Nel caso di un uccello, la portanza che si genera sbattendo le ali può essere considerata come una forza verticale che sostiene il peso del corpo dell'uccello (es. attrazione gravitazionale verso il basso). Qui la resistenza è considerata come la forza orizzontale che si oppone alla spinta. La spinta è la forza che muove l'oggetto in avanti, per un uccello la fiducia è fornita dai muscoli dell'uccello.

La resistenza è causata dalla resistenza dell'aria e agisce nella direzione opposta al movimento, la resistenza prodotta dipende dalla forma dell'oggetto, dalla densità dell'aria e dalla velocità di spostamento dell'oggetto. La spinta può superare o contrastare la forza di trascinamento.

Durante il volo in avanti, il corpo di un uccello genera una resistenza che tende a decelerare la sua velocità. Sbattendo le ali, o convertendo l'energia potenziale in lavoro se plana, l'uccello produce sia portanza che spinta per bilanciare la forza di gravità e la resistenza

Forze che agiscono su un'ala; Credito immagine: wikipedia

Un'auto in movimento

Nel caso di un'auto in movimento, l'entità della forza di trascinamento è uguale e agisce in direzione opposta alla forza che il motore crea alle ruote del veicolo. A causa di queste due forze uguali e opposte che agiscono sull'auto, la forza risultante netta diventa zero e l'auto può mantenere una velocità costante.

Se azzeriamo la forza prodotta dal motore mantenendo l'auto in posizione neutra per un po', allora solo la forza di trascinamento agisce sull'auto. In questa condizione, la forza netta è disponibile sull'auto e l'auto decelera.

Andare in bicicletta o in bicicletta

La resistenza aerodinamica è infatti una delle principali forze resistive nel ciclismo, ogni ciclista deve superare la resistenza al vento. La resistenza alla pressione gioca un ruolo importante nel ciclismo, principalmente causata dalle particelle d'aria che si uniscono sulle superfici frontali e più distanziate sulle superfici posteriori

Ogni ciclista che abbia mai pedalato con un forte vento contrario conosce la resistenza al vento. È estenuante! Per andare avanti, il ciclista deve spingere attraverso la massa d'aria davanti a lui.

Biciclette

Biciclette e motocicli sono entrambi veicoli a binario unico e quindi i loro movimenti hanno molti attributi fondamentali in comune. Se consideriamo il biker e la bici come un unico sistema le forze esterne agenti sono: la forza di trascinamento, la forza gravitazionale, l'inerzia, la forza di attrito dal suolo e le forze interne sono causate dal ciclista.

Dinamica di un motociclista; Credito immagine: wikipedia

Paracadute

La forza di resistenza che agisce su un paracadute dipende dalle dimensioni del paracadute, maggiore è il paracadute maggiore sarà la forza di resistenza che agisce su di esso.

Le due forze che agiscono su un paracadute sono la forza di trascinamento o la resistenza dell'aria e la forza gravitazionale. La forza di trascinamento agisce nella direzione opposta della forza gravitazionale e rallenta il paracadute ogni volta che cade.

Paracadute; Credito immagine: wikipedia

Un paracadutista che cade dal cielo

Quando un paracadutista salta dall'aereo sia la resistenza dell'aria o la resistenza aerodinamica che la forza gravitazionale agiscono sul suo corpo. La forza gravitazionale rimane costante ma la resistenza dell'aria aumenta con l'aumento della velocità terrestre.

La forza delle particelle d'aria che colpiscono il corpo può essere modificata alterando la posizione del suo corpo (l'area della sezione trasversale del corpo). Questo cambia la velocità del paracadutista verso la terra.

La forza di resistenza (resistenza) sperimentata dal corpo può essere rappresentata dalla seguente formula:

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

Dove D è il coefficiente di resistenza,

p è la densità del mezzo, in questo caso aria,

 A è l'area della sezione trasversale dell'oggetto, e

 v è la velocità dell'oggetto.

slittamento; Credito immagine: wikipedia

Movimento di frecce e frisbee

La traiettoria di una freccia è influenzata da tre forze: a) forza di accelerazione dall'arco verso il bersaglio, b) forza di accelerazione verso terra dovuta alla forza gravitazionale e c) forza di decelerazione dovuta alla resistenza aerodinamica della freccia.

La forza della corda dell'arco accelera la freccia dall'arco fino a quando la freccia non raggiunge la velocità di lancio, la forza di trascinamento rallenta la sua velocità mentre la freccia si muove nell'aria. Infine la forza gravitazionale riporta la freccia sulla superficie terrestre.

Le grandi forze provocano un'accelerazione, ma le masse pesanti sono molto difficili da accelerare o decelerare. Pertanto, una freccia più leggera lascia l'arco a velocità maggiore e perde velocità più velocemente durante il volo.

Runners  

Quando i corridori corrono, il "vento" che sperimentano spingendo contro di loro è in realtà la forza della resistenza. Nel caso di un corridore o di un nuotatore, la forza di trascinamento agisce sempre contro il movimento, cercando di rallentarne il movimento. Per superare la resistenza un corridore deve muoversi velocemente per fare la corsa in avanti. In altre parole, il corpo dovrebbe produrre più spinta.

nuotatori

Diverse forme di forze di trascinamento come l'attrito, la pressione e la resistenza delle onde agiscono continuamente su un nuotatore mentre scende nella piscina per il tocco finale al muro. La resistenza all'attrito si verifica come risultato dello sfregamento delle molecole d'acqua con il corpo del nuotatore, un corpo più liscio del nuotatore riduce l'attrito in una certa misura.

Mentre si nuota a velocità più elevate, si verifica un aumento della pressione nella regione frontale (testa del nuotatore) creando una differenza di pressione tra le due estremità del corpo del nuotatore. Questa differenza in la pressione genera turbolenza dietro il corpo del nuotatore, questa forza di resistenza extra è la resistenza alla pressione.

La resistenza delle onde si verifica a causa del corpo del nuotatore immerso nell'acqua e in parte fuori dall'acqua. Tutta la forza di trascinamento dell'onda è generata dalla parte della testa e della spalla del corpo del nuotatore.

Movimento delle palle

Mentre la palla si muove nell'aria, Drag resisterà al movimento della palla durante il suo volo e ne ridurrà la portata e l'altezza, allo stesso tempo venti trasversali lo devierà dal suo percorso originale. Entrambi gli effetti sono considerati dai giocatori in sport come il golf.

Una palla che rimbalza generalmente segue il movimento del proiettile, diverse forze agiscono su una palla sono la forza di trascinamento, la forza gravitazionale, la forza magnus dovuta alla rotazione della palla e la forza di galleggiamento, tutte le forze devono essere considerate per analizzare il movimento della palla.

In generale, ci sono molti fattori che influenzano l'entità della forza di trascinamento tra cui la forma e le dimensioni della palla, il quadrato della velocità dell'oggetto e le condizioni dell'aria; in particolare, la densità e la viscosità dell'aria. Determinare l'entità della forza di trascinamento è difficile perché dipende dai dettagli di come il flusso interagisce con la superficie dell'oggetto. Per un pallone da calcio, questo è particolarmente difficile perché i punti vengono utilizzati per tenere insieme il pallone.

Palla che rimbalza; Credito immagine: wikipedia

Sangeeta Das

Sono Sangeeta Das. Ho completato il mio Master in Ingegneria Meccanica con specializzazione in IC Engine and Automobiles. Ho circa dieci anni di esperienza nel settore e nel mondo accademico. La mia area di interesse include motori IC, aerodinamica e meccanica dei fluidi. Puoi raggiungermi su https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

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