Fluidní tření objektu: Podrobná fakta

by

Tento článek pojednává o kapalinovém tření objektu. Fluidní tření je tření, ke kterému dochází na předmětu, když se pohybuje mezi vrstvami tekutiny.

Toto tření je také jako jiné typy tření, které je svou povahou opačné. Když je tekutinou vzduch, výsledné tření způsobuje odpor, který je zodpovědný za zpomalení letadel. V případě kapalin kapalinové tření zpomaluje pohyb předmětu ve vodě. V tomto článku budeme diskutovat o kapalinovém tření a jeho příkladech.

Co je tekutina?

Cokoli, co má tendenci téci, lze označit jako tekutinu. Tekutinou může být cokoliv – plyn nebo kapalina. Je mylná představa, že jako tekutiny lze označit pouze kapaliny.

Dokonce i vzduch je příkladem tekutiny, protože vzduch může proudit. Tření vytvářené těmito kapalinami závisí na jejich viskozitě. Viskozita skutečně závisí na intramolekulárních silách konkrétní tekutiny. Kapalina se silnými mezimolekulárními silami bude mít vysokou viskozitu a naopak.

tekuté tření předmětu
Obraz : Odpor vzduchu

Obrazové kredity: BoH, Průtoková deska kolmá, CC BY-SA 3.0

Co je kapalinové tření?

Jak je diskutováno ve výše uvedené části, tekutinové tření je takové tření, kterému objekt zažívá, když se pohybuje mezi vrstvami tekutiny. K tření dochází především v důsledku viskozity kapaliny.

Viskozita je vlastnost kapaliny, která nám říká, jak hladce se bude kapalina volně pohybovat. Smyková napětí jsou slabá v kapalině s vysokou viskozitou a naopak. Pojďme diskutovat více o kapalinovém tření v dalších částech tohoto článku.

Jak zjistit kapalinové tření předmětu?

Fluidní tření objektu je protichůdná síla, kterou objekt pociťuje, když se pohybuje uvnitř tekutiny.

Vzorec pro výpočet síly, kterou působí kapalinové tření na předmět, je uveden v části níže-

F=μA*du/dy

Kde,

F je třecí síla

A je průřez předmětu vystaveného tření

U je relativní rychlost mezi vrstvou tekutiny a povrchem předmětu

Y je vzdálenost mezi vrstvou tekutiny, která je v kontaktu, a nejspodnější vrstvou.

Jak ovlivňuje tření kapaliny předměty?

Fluidní tření hlavně snižuje kinetickou energii předmětů pohybujících se mezi vrstvami tekutiny. Smykové působení tření předměty zpomalí a někdy mohou dokonce opotřebovat vrstvu materiálu na předmětu.

Třecí síla vyvíjená kapalinami se nazývá odporová síla. Slovo odporová síla je běžně slyšet v leteckém průmyslu. Abychom minimalizovali účinky aerodynamické síly, vyrábíme letadla aerodynamická, která umožňuje letadlům létat s minimálním odporem. Tímto způsobem lze ušetřit mnoho paliva.

Jaký typ tekutinového tření působí na předmět?

Fluidní tření je samo o sobě druhem tření. Druh síly, kterou tření kapaliny působí na předmět, je smyková síla.

Smyková síla je síla, která působí rovnoběžně s povrchem předmětu, na který působí. Smyková síla působí na nejvyšší vrstvu povrchu předmětu. Pokud je to možné, střihové působení může dokonce opotřebovat materiál na povrchu předmětu.

Jak závisí tření kapaliny na rychlosti předmětu?

Rychlost objektu přímo ovlivňuje velikost tření působícího na objekt. Již jsme o tom diskutovali ve výše uvedené části o vzorci, jak vypočítat třecí sílu kapaliny.

Ze vzorce vidíme, že gradient rychlosti je přímo úměrný třecí síle působící na objekt. To znamená, že čím větší rychlost objektu, tím větší bude třecí síla a naopak.

Jaké je tření kapaliny působící na předmět pohybující se vzduchem?

Když zažijeme kapalinové tření při pohybu ve vzduchu, například v letadlech nebo při houpání pálkou nebo mácháním pažemi atd., pak se výsledné kapalinové tření nazývá odpor.

Tažná síla je ta protilehlá síla, která působí v opačném směru, než je pohyb objektu uvnitř tekutiny. Odporná síla není pro letadla žádoucí, protože je zpomaluje, ale u padáků je odpor velmi důležitý, protože odporová síla (vztlaková síla) je zodpovědná za bezpečné přistání potápěče nebo vozidla, které padák používá.

Jaké bude tekuté tření, když se předměty pohybují se speciálním tvarem?

Když se předměty se zvláštními tvary pohybují uvnitř tekutiny, bude na ně působit jiné tření. Je to proto, že tekutiny mají tendenci obtékat kulaté předměty a staví se proti předmětům s rovným povrchem.

Objekty s aerodynamickými tvary se budou pohybovat velmi hladce. Je to proto, že tekutina bude hladce proudit kolem okrajů těla, místo aby ji tlačila proti pohybu předmětu. To je důvod, proč mají ryby aerodynamické tělo, které jim umožňuje pohybovat se ve vodě s menšími náklady na energii.

Jak se nazývá, když se síla tření kapaliny na padající předmět rovná gravitační síle?

Když předmět spadne pod vlivem gravitace, neustále zvyšuje svou rychlostní matici jen do určité míry. Tento rozsah se nazývá konečná rychlost.

Konečná rychlost je maximální konstantní rychlost, kterou může objekt dosáhnout při volném pádu. Konečná rychlost závisí na viskozitě tekutiny, do které předmět padá. Žádný objekt se nemůže pohybovat větší rychlostí, než je konečná rychlost, aniž by na to měl jakýkoli vnější vliv.

Jak se nazývá tekuté tření, proč zefektivňujeme objekty?

Objekty zefektivňujeme z jednoho důvodu – snižujeme účinek tažné síly na objekt. Pokud je odporová síla vyšší, pak je větší množství energie potřebné k překonání odporu.

Zefektivněním tvaru objektu můžeme snadno minimalizovat účinek odporu, protože se odporová síla působící na objekt sníží. Je to proto, že molekuly budou proudit kolem okrajů proudnicového tvaru, spíše než aby bránily pohybu objektu. Proto zefektivňujeme tvar objektů, abychom snížili účinek tažení.

Příklady kapalinového tření

Příklady kapalinového tření jsou uvedeny v seznamu níže -

  • Houpání pálkou - Když pálkou švihneme, netopýr zažije odpor v důsledku přetažení. Tento odpor pochází z molekul vzduchu, které narážejí na povrch netopýra. Ve vakuu by netopýr tento odpor nezažil. V důsledku přítomnosti tekutiny, kterou je v tomto případě vzduch, dochází u netopýra k odporu.
  • Vykukování z jedoucího vozidla – Když se vozidlo pohybuje a my koukáme z okna, zažíváme sílu, která se tlačí zpět. Tato síla pochází z molekul vzduchu dopadajících na naši tvář. The relativní rychlost vzduchu a našeho obličeje je více způsobeno pohybem vozidla, proto cítíme odporovou sílu. Tuto sílu bychom nepocítili, pokud by vozidlo stálo, protože relativní rychlost by mezi vzduchem a tváří byla nula.
  • Máváme rukama – Když mávneme rukou, zažijeme něco na rukou. Není to nic jiného než vzduch, který naráží na naše ruce. Je to také důsledek tření tekutin působících na naše ruce. Fluidní tření působí v opačném směru, ve kterém se pohybuje ruka.
  • Plavání – Když plaveme, naše ruce jdou do vody a vycházejí, když se my ands pohybujeme ve vodě, cítí odpor proti pohybu. Toto je kapalinové tření, které vstupuje do činnosti. Molekuly vody odolávají pohybu rukou.
  • Veslování – Když veslujeme, veslujeme pomocí pádla. Tam cítíme tlak působící proti nám v důsledku tření tekutiny. Investujeme mnoho fyzické energie, abychom tento odpor překonali. Toto je příklad kapalinového tření.
  • Pádlování uvnitř řeky – Pádlování je opět podobný příklad jako veslování. V pádlování můžeme říci rafting nebo normální pádlování. Princip je stejný. Cítíme odpor proti pohybu pádel.
  • Ponorky– Když se ponorky pohybují pod hladinou vodního útvaru, zažívá silný odpor vůči jeho toku. To se děje kvůli kapalinové tření probíhající na povrchu ponorky.
  • letadla – Letadla zažívají odpor. Odpor je protichůdná síla pohybu vzduchu. K překonání tohoto odporu se spotřebuje přebytek paliva. Tím, že tvar letadla je aerodynamický, odporová síla se snižuje.
  • Míč spadl do řeky– Když je míč vhozen do řeky, stále teče dolů, ale po nějaké době dosáhne konstantní rychlosti. Toto je konečná rychlost. Tření tekutiny působí proti pohybu tekutiny.
  • paragliding – Paragliding je aplikace tekutého tření. K navigaci z jednoho místa na druhé využíváme kapalinové tření. Bez kapalinového tření bychom nebyli schopni dosáhnout správného manévrování.
  • padák – Padák je také důležitou aplikací aerodynamického odporu. Aerodynamický odpor nebo kapalinové tření pomáhá padáku zpomalit a zajišťuje tak bezpečné přistání.

Také čtení: