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Tout le monde connaît intuitivement le concept de force de traînée. Lorsque vous marchez dans l'eau ou faites du vélo, vous remarquez que plus vous travaillez et que vous vous déplacez rapidement, plus vous obtenez de résistance de la part de l'eau ou de l'air ambiant, deux éléments considérés comme fluides par les physiciens. En l'absence de forces d'entraînement, le monde pourrait être traité comme un joueur de baseball de 1 000 pieds au baseball, des records du monde beaucoup plus rapides en athlétisme et des voitures affichant une économie d'essence surnaturelle.
Les forces de traînée, plus restrictives que propulsives, ne sont pas aussi dramatiques que les autres forces naturelles, mais elles sont essentielles en génie mécanique et dans les disciplines connexes. Grâce aux efforts de scientifiques motivés par les mathématiques, il est possible non seulement d'identifier les forces de traînée dans la nature, mais également de calculer leurs valeurs numériques dans diverses situations de la vie courante.
L'équation Drag Force
La pression, en physique, est définie comme force par unité de surface: P = F / A. En utilisant "D" pour représenter spécifiquement la force de traînée, cette équation peut être réorganisée en D = CPA, où C est une constante de proportionnalité qui varie d’un objet à l’autre. La pression sur un objet se déplaçant à travers un fluide peut être exprimée sous la forme suivante: (1/2) ρv2, où ρ (la lettre grecque rho) est la densité du fluide et v est la vitesse de l'objet.
Donc, D = (1/2) (C) (ρ) (v2)(UNE).
Notez plusieurs conséquences de cette équation: La force de traînée augmente proportionnellement à la densité et à la surface, et elle augmente avec le carré de la vitesse. Si vous courez à 10 milles à l'heure, vous ressentez une traînée aérodynamique quatre fois plus élevée qu'à 5 milles à l'heure, toutes choses égales par ailleurs.
Faire glisser la force sur un objet qui tombe
Une des équations de mouvement pour un objet en chute libre de la mécanique classique est v = v0 + à. Dans ce document, v = vitesse à l'instant t, v0 est la vitesse initiale (généralement zéro), a est l'accélération due à la gravité (9,8 m / s2 sur Terre), et t est le temps écoulé en secondes. Au premier coup d'œil, un objet tombé d'une grande hauteur tomberait à une vitesse sans cesse croissante si cette équation était strictement vraie, mais ce n'est pas parce qu'il néglige la force de traînée.
Lorsque la somme des forces agissant sur un objet est nulle, il n'accélère plus, bien qu'il puisse se déplacer à une vitesse élevée et constante. Ainsi, un parachutiste atteint sa vitesse limite lorsque la force de traînée est égale à la force de gravité. Elle peut manipuler ceci par la posture de son corps, ce qui affecte A dans l'équation de traînée. La vitesse terminale est d'environ 120 km / h.
Drag Force sur un nageur
Les nageurs compétitifs sont confrontés à quatre forces distinctes: la gravité et la flottabilité, qui se contrarient dans un plan vertical, et la traînée et la propulsion, qui agissent dans des directions opposées dans un plan horizontal. En fait, la force de propulsion n'est rien de plus qu'une force de traînée appliquée par les pieds et les mains des nageurs pour surmonter la force de traînée de l'eau, laquelle, comme vous l'avez probablement supposé, est nettement supérieure à celle de l'air.
Jusqu'en 2010, les nageurs olympiques étaient autorisés à utiliser des combinaisons spécialement aérodynamiques qui n'existaient que depuis quelques années. L'instance dirigeante de la natation a interdit les combinaisons parce que leurs effets étaient si prononcés que les records du monde étaient battus par des athlètes qui étaient par ailleurs banaux (mais toujours de classe mondiale) sans les combinaisons.