Сила сопротивления воздуха
Когда тело движется в вязкой жидкости, оно испытывает сопротивление движению со стороны жидкости. Жидкость действует на тело с силой сопротивления, направленной противоположно движению.
Хотя движение жидкости в общем не простой для изучения вопрос, силу сопротивления считают по довольно простой формуле:
где:
- Cd - коэффициент сопротивления
- A - площадь поперечного сечения
- ρ - плотность воздуха
- V - скорость движения тела относительно жидкости
Когда мы говорим "вязкая жидкость", мы подразумеваем как газы так и жидкости, потому что, с точки зрения аэродинамики, это одно и тоже. Они описываются одними и теми же уравнениями, меняются только плотность и вязкость. Другими словами, приведенная выше формула может быть использована для расчета сопротивления как в воздухе, так и в воде.
Коэффициент сопротивления Cd зависит от формы тела, он не имеет размерности и определяется экспериментально. Его можно найти в справочниках для разных тел. Вот некоторые примеры:
| шар | 0.5 |
| куб | 0.8 |
| квадратная пластина поперек потока | 1.2 |
| пластина вдоль потока | 0.005 |
| типичный современный автомобиль (седан) | 0.3 |
| велосипед | 0.9 |
| крыло самолета в нормальном положении | 0.05 |
Строго говоря, коэффициент сопротивления - не постоянная величина, она зависит от числа Рейнольдса. Для очень маленьких и для очень больших скоростей (около- и сверх- звуковых), значения будут отличаться. Однако, для широкого диапазона практических задач (движение автомобиля, велосипеда, подводной лодки), коэффициент сопротивления можно считать постоянной величиной.
Площадь сечения A, или также "площадь миделя" - это, как правило, максимальная площадь тела, видимая по направлению потока. Другими словами, спроецируйте тело на плоскость, которая расположена поперек направления потока жидкости, площадь полученной фигуры и будет площадью миделя. Например, площадь миделя сферы будет π*D2/4. Есть и исключения. Например, для расчета сопротивления крыла самолета, обычно берут площадь крыла в его базовой плоскости.