Yopishqoq ishqalanish kuchi. Yopishqoq ishqalanish kuchlarini o'rganish Yopishqoq muhitda harakatlanayotganda qarshilik kuchi
![Yopishqoq ishqalanish kuchi. Yopishqoq ishqalanish kuchlarini o'rganish Yopishqoq muhitda harakatlanayotganda qarshilik kuchi](https://i1.wp.com/helpiks.org/helpiksorg/baza6/271240066104.files/image004.gif)
Ishning maqsadi: yopishqoq ishqalanish hodisasini o'rganish va suyuqliklarning yopishqoqligini aniqlash usullaridan biri.
Asboblar va aksessuarlar: turli diametrli sharlar, mikrometr, kaliper, o'lchagich.
Tajriba nazariyasi va metodi elementlari
Barcha haqiqiy suyuqliklar va gazlar ichki ishqalanishga ega, ular yopishqoqlik deb ham ataladi. Yopishqoqlik, xususan, suyuqlik yoki gazda paydo bo'lgan harakat, uni keltirib chiqargan sabablar to'xtatilgandan so'ng, asta-sekin to'xtab qolishi bilan namoyon bo'ladi. Kundalik tajribadan, masalan, quvurda doimiy suyuqlik oqimini yaratish va ushlab turish uchun quvur uchlari orasidagi bosim farqi bo'lishi kerakligi ma'lum. Barqaror oqimda suyuqlik tezlashmasdan harakat qilganligi sababli, bosim kuchlarining ta'siriga bo'lgan ehtiyoj bu kuchlar harakatni sekinlashtiradigan ba'zi kuchlar tomonidan muvozanatlanganligini ko'rsatadi. Bu kuchlar ichki ishqalanish kuchlaridir.
Suyuqlik yoki gaz oqimining ikkita asosiy rejimini ajratish mumkin:
1) laminar;
2) turbulent.
Laminar oqim rejimida suyuqlik (gaz) oqimi nozik qatlamlarga bo'linishi mumkin, ularning har biri umumiy oqimda o'z tezligida harakat qiladi va boshqa qatlamlar bilan aralashmaydi. Laminar oqim statsionardir.
Turbulent rejimda oqim beqaror bo'ladi - fazoning har bir nuqtasida zarrachalarning tezligi doimo tasodifiy o'zgaradi. Bunday holda, suyuqlik (gaz) ning intensiv aralashuvi oqimda sodir bo'ladi.
Keling, laminar oqim rejimini ko'rib chiqaylik. Maydoni bo'lgan oqimda ikkita qatlamni ajratamiz S, ∆ masofada joylashgan Z bir-biridan ajralib turadi va har xil tezlikda harakatlanadi. V 1 va V 2 (1-rasm). Keyin ular o'rtasida tezlik gradienti D ga mutanosib ravishda yopishqoq ishqalanish kuchi paydo bo'ladi. V/D Z oqim yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishda:
Qaerda m koeffitsienti ta'rif bo'yicha yopishqoqlik yoki ichki ishqalanish koeffitsienti deb ataladi, D V=V 2-V 1.
(1) dan ko'rish mumkinki, yopishqoqlik paskal sekundlarda (Pa s) o'lchanadi.
Shuni ta'kidlash kerakki, yopishqoqlik suyuqlikning (gazning) tabiati va holatiga bog'liq. Xususan, yopishqoqlik qiymati sezilarli darajada haroratga bog'liq bo'lishi mumkin, bu, masalan, suvda kuzatiladi (2-ilovaga qarang). Ushbu qaramlikni amalda hisobga olmaslik ayrim hollarda nazariy hisob-kitoblar va eksperimental ma'lumotlar o'rtasida sezilarli tafovutlarga olib kelishi mumkin.
Gazlarda yopishqoqlik molekulalarning to'qnashuvi (1-ilovaga qarang), suyuqliklarda molekulalarning harakatchanligini cheklaydigan molekulalararo o'zaro ta'sirlar tufayli yuzaga keladi.
Ayrim suyuq va gazsimon moddalar uchun yopishqoqlik qiymatlari 2-ilovada keltirilgan.
Yuqorida aytib o'tilganidek, suyuqlik yoki gaz oqimi ikki rejimdan birida - laminar yoki turbulentda sodir bo'lishi mumkin. Ingliz fizigi Osborn Reynolds oqimning tabiati o'lchovsiz miqdorning qiymati bilan aniqlanishini aniqladi.
Kinematik yopishqoqlik deb ataladigan miqdor qayerda, V suyuqlikning tezligi (yoki suyuqlikdagi tananing), D ba'zi xarakterli o'lchamdir. Quvur ostidagi suyuqlik oqimi bo'lsa D ushbu trubaning kesimining xarakterli hajmini tushunish (masalan, diametri yoki radiusi). Tana suyuqlikda harakat qilganda D bu tananing xarakterli hajmini tushunish, masalan, to'pning diametri. Qadriyatlar uchun Re< 1000 oqim laminar hisoblanadi, da Re> 1000 oqim turbulent bo'ladi.
Moddalarning viskozitesini o'lchash usullaridan biri (viskometriya) - tushuvchi shar usuli yoki Stokes usuli. Stokes to'pning tezlikda harakat qilishini ko'rsatdi V yopishqoq muhitda ga teng yopishqoq ishqalanish kuchi mavjud , qayerda D to'pning diametri hisoblanadi.
To'p yiqilib tushganda uning harakatini ko'rib chiqing. Nyutonning ikkinchi qonuniga binoan (2-rasm)
Qayerda F— yopishqoq ishqalanish kuchi, — Arximed kuchi, — tortishish kuchi, r VA Va r mos ravishda suyuqlikning zichligi va sharlarning materialidir. Ushbu differentsial tenglamaning yechimi to'p tezligining vaqtga bog'liqligi bo'ladi:
Qayerda V 0 - to'pning dastlabki tezligi va
Barqaror harakat tezligi (da T>>t). Miqdor - dam olish vaqti. Bu qiymat statsionar harakat rejimi qanchalik tez o'rnatilganligini ko'rsatadi. Odatda shunday deb hisoblanadi T≈3t harakat deyarli statsionardan farq qilmaydi. Shunday qilib, tezlikni o'lchash orqali VDa, suyuqlikning viskozitesini hisoblash mumkin. Stokes formulasi 1000 dan kam Reynolds raqamlarida, ya'ni to'p atrofida suyuqlik oqimining laminar rejimida qo'llanilishini unutmang.
Stokes usuli yordamida suyuqliklarning yopishqoqligini o'lchash uchun laboratoriya apparati o'rganilayotgan suyuqlik bilan to'ldirilgan shisha idishdir. To'plar yuqoridan, silindrning o'qi bo'ylab tashlanadi. Idishning yuqori va pastki qismlarida gorizontal belgilar mavjud. Sekundomer bilan to'pning belgilar orasidagi harakat vaqtini o'lchab, ular orasidagi masofani bilib, to'pning bir tekis harakat tezligi topiladi. Agar silindr tor bo'lsa, u holda devorlarning ta'siri uchun hisoblash formulasini tuzatish kerak.
Ushbu tuzatishlarni hisobga olgan holda, yopishqoqlikni hisoblash formulasi quyidagi shaklni oladi:
Qayerda L - belgilar orasidagi masofa, D - idishning ichki qismining diametri.
Ish tartibi
1. Idishning ichki diametrini o'lchash uchun kaliperdan foydalaning, idishdagi gorizontal belgilar orasidagi masofani o'lchagichdan foydalaning va tajribada ishlatiladigan barcha sharlarning diametrini mikrometre bilan o'lchang. Gravitatsiya ta'sirida tezlanish 9,8 m/s2 deb qabul qilinadi. Suyuqlikning zichligi va sharlar moddasining zichligi laboratoriya qurilmasida ko'rsatilgan.
2. To'plarni suyuqlikka birma-bir tushirib, ularning har birining belgilar orasidan o'tish vaqtini o'lchang. Natijalarni jadvalga yozing. Jadvalda tajriba soni, to'pning diametri va uning o'tish vaqti, shuningdek, har bir tajriba uchun yopishqoqlikni hisoblash natijasi ko'rsatilgan.
ICHKI ISHIQISH KOFEFISIENTINI ANIQLASH
Past viskoziteli suyuqliklar
Yopishqoqlikni aniqlash
Suyuqlikning yopishqoqligining namoyon bo'lishiga misollar
Ideal suyuqlik, ya'ni. ishqalanishsiz suyuqlik abstraktsiyadir. Barcha haqiqiy suyuqliklar yoki gazlar katta yoki kichik darajada yopishqoqlikka yoki ichki ishqalanishga ega. Yopishqoqlik suyuqlik yoki gazda paydo bo'lgan harakatni keltirib chiqargan sabablar to'xtatilgandan keyin asta-sekin to'xtab qolishi bilan namoyon bo'ladi.
Keling, suyuqlikning yopishqoqligi o'zini namoyon qiladigan quyidagi misollarni ham ko'rib chiqaylik. Shunday qilib, ideal suyuqlik uchun Bernulli qonuniga ko'ra, quvurning kesishishi va balandligi o'zgarmasa, bosim doimiy bo'ladi. Biroq, ma'lumki, bunday quvur bo'ylab bosim rasmda ko'rsatilganidek, bir xilda tushadi. bitta.
Guruch. 1. Harakatlanuvchi suyuqlik bilan quvurda bosimning pasayishi.
Bu hodisa suyuqlikda ichki ishqalanish mavjudligi bilan izohlanadi va uning mexanik energiyasining bir qismini ichki energiyaga o'tkazish bilan birga keladi.
Quvur orqali suyuqlikning laminar oqimida (2-rasm) qatlamlarning tezligi doimiy ravishda maksimaldan (quvurning o'qi bo'ylab) nolga (devorlar yaqinida) o'zgaradi.
Mexanik nuqtai nazardan, qatlamlarning har biri quvur o'qiga yaqinroq joylashgan qo'shni qatlamning harakatini sekinlashtiradi (tezroq harakat qiladi) va o'qdan uzoqroqda joylashgan qatlamga tezlashtiruvchi ta'sir ko'rsatadi (sekinroq harakatlanadi) .
Guruch. 2. Oqim kesimida tezlikni taqsimlash
dumaloq kesimli quvurdagi suyuqliklar (laminar oqim).
Yopishqoq ishqalanish kuchi
Ichki ishqalanish kuchlari bo'ysunadigan qonuniyatlarni aniqlashtirish uchun quyidagi tajribani ko'rib chiqing. Bir-biriga parallel bo'lgan ikkita plastinka suyuqlikka botiriladi (3-rasm), ularning chiziqli o'lchamlari ular orasidagi masofadan sezilarli darajada oshadi. d. Pastki plita joyida ushlab turiladi, yuqori qismi pastki qismga nisbatan bir oz tezlikda v 0 bilan harakatga keltiriladi.
Guruch. 3. Plitalar orasidagi yopishqoq suyuqlikning qatlamli harakati,
turli tezliklarga ega.
To'g'ridan-to'g'ri yuqori plastinkaga tutashgan suyuqlik qatlami molekulyar birlashma kuchlari tufayli unga yopishadi va plastinka bilan birga harakatlanadi. Pastki plastinkaga yopishgan suyuqlik qatlami u bilan dam oladi. Oraliq qatlamlar shunday harakatlanadiki, har bir ustki qatlam uning ostida yotganidan kattaroq tezlikka ega. Bu. har bir qatlam qo'shni qatlamlarga nisbatan siljiydi. Shuning uchun, pastki qatlam tomondan, yuqori qismga ishqalanish kuchi ta'sir qiladi, bu ularning ikkinchisining harakatini sekinlashtiradi va aksincha, yuqori qatlam tomondan pastki qismga tezlashadi. harakat. Nisbiy siljishni boshdan kechiradigan suyuqlik qatlamlari orasida paydo bo'ladigan kuchlar deyiladi ichki ishqalanish. Ichki ishqalanish kuchlarining mavjudligi bilan bog'liq suyuqlikning xususiyatlari deyiladi yopishqoqlik.
Tajriba shuni ko'rsatadiki, yuqori plitani v 0 o'zgarmas tezlikda harakatlantirish uchun unga aniq belgilangan kuch bilan harakat qilish kerak. F. Tashqi kuchning harakati F kattaligi bo'yicha unga teng bo'lgan qarama-qarshi yo'naltirilgan ishqalanish kuchi bilan muvozanatlanadi.
Ikki qatlamli suyuqlik orasidagi ichki ishqalanish kuchini Nyuton formulasi yordamida hisoblash mumkin:
, (1)
Bu erda h - dinamik yopishqoqlik, ichki ishqalanish koeffitsienti, s kontakt maydoni (bu holda plastinka maydoni), Dv/D z tezlik gradientidir.
Yopishqoqlik koeffitsienti son jihatdan qatlamning birlik maydoniga ta'sir qiluvchi kuchga teng bo'lib, birlik uzunligi uchun qatlamga perpendikulyar bo'lganda, tezlik bir ga o'zgarganda (Dv/D) z= 1)
Yopishqoqlik(ichki ishqalanish) ( Ingliz. yopishqoqlik) - uzatish hodisalaridan biri, suyuqlik jismlarining (suyuqliklar va gazlar) bir qismining boshqasiga nisbatan harakatiga qarshilik ko'rsatish xususiyati. Suyuqliklar va gazlardagi ichki ishqalanish mexanizmi shundan iboratki, tasodifiy harakatlanuvchi molekulalar impulsni bir qatlamdan ikkinchisiga o'tkazadi, bu esa tezliklarni tenglashtirishga olib keladi - bu ishqalanish kuchini kiritish bilan tavsiflanadi. Qattiq moddalarning yopishqoqligi bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega va odatda alohida ko'rib chiqiladi. Yopishqoq oqimning asosiy qonuni I. Nyuton (1687) tomonidan o'rnatildi: Suyuqliklarga nisbatan qo'llaniladigan yopishqoqlik ajralib turadi:
- Dinamik (mutlaq) yopishqoqlik µ - tekis yuzaning birlik maydoniga ta'sir qiluvchi kuch, birinchisidan birlik masofada joylashgan boshqa tekis sirtga nisbatan birlik tezlikda harakat qiladi. SI tizimida dinamik yopishqoqlik quyidagicha ifodalanadi Pa×s(paskal soniya), tizimdan tashqari birlik P (poise).
- Kinematik yopishqoqlik ν - dinamik yopishqoqlikning nisbati µ suyuqlikning zichligiga ρ .
- ν , m 2 / s - kinematik yopishqoqlik;
- μ , Pa×s – dinamik yopishqoqlik;
- ρ , kg / m 3 - suyuqlikning zichligi.
Yopishqoq ishqalanish kuchi
Bu suyuqlik yoki gaz qismlarining bir-biriga nisbatan harakatlanishiga to'sqinlik qiluvchi tangensial kuchlarning paydo bo'lish hodisasidir. Ikki qattiq jism orasidagi moylash quruq surma ishqalanishini suyuqlik yoki gaz qatlamlarining bir-biriga nisbatan surma ishqalanishi bilan almashtiradi. Muhit zarrachalarining tezligi bir jismning tezligidan boshqa jismning tezligiga silliq o'zgaradi.
Yopishqoq ishqalanish kuchi nisbiy harakat tezligiga proportsionaldir V jismlar, maydonga mutanosib S va tekisliklar orasidagi masofaga teskari proportsional h.
F=-V S / h,Suyuqlik yoki gaz turiga qarab mutanosiblik koeffitsienti deyiladi dinamik yopishqoqlik koeffitsienti. Yopishqoq ishqalanish kuchlarining tabiatidagi eng muhim narsa shundaki, har qanday o'zboshimchalik bilan kichik kuch mavjud bo'lganda, jismlar harakatlana boshlaydi, ya'ni hech qanday harakat yo'q. statik ishqalanish. Kuchlarning sifat jihatidan sezilarli farqi yopishqoq ishqalanish dan quruq ishqalanish
Agar harakatlanuvchi jism butunlay yopishqoq muhitga botgan bo'lsa va jismdan muhit chegaralarigacha bo'lgan masofalar tananing o'lchamidan ancha katta bo'lsa, unda bu holda biz ishqalanish yoki ishqalanish haqida gapiramiz. atrof-muhitga qarshilik. Bunday holda, harakatlanuvchi jismga bevosita qo'shni bo'lgan muhit (suyuqlik yoki gaz) qismlari tananing o'zi bilan bir xil tezlikda harakat qiladi va tanadan uzoqlashganda, muhitning mos keladigan qismlarining tezligi pasayadi, cheksizlikda nolga aylanadi.
Muhitning qarshilik kuchi quyidagilarga bog'liq:
- uning yopishqoqligi
- tana shaklidan
- tananing muhitga nisbatan tezligi bo'yicha.
Masalan, to'p yopishqoq suyuqlikda sekin harakat qilganda, ishqalanish kuchini Stokes formulasi yordamida topish mumkin:
F=-6 R V,Yopishqoq ishqalanish kuchlari o'rtasidagi sifat jihatidan sezilarli farq va quruq ishqalanish, boshqa narsalar qatorida, faqat yopishqoq ishqalanish va o'zboshimchalik bilan kichik tashqi kuch mavjud bo'lganda tananing majburiy ravishda harakatlana boshlashi, ya'ni yopishqoq ishqalanish uchun statik ishqalanish bo'lmaydi va aksincha - faqat ta'siri ostida. yopishqoq ishqalanish, dastlab harakatga kelgan jism hech qachon (makroskopik nuqtai nazardan Braun harakatini e'tiborsiz qoldiradigan) to'liq to'xtamaydi, garchi harakat cheksiz sekinlashadi.
Gazlarning yopishqoqligi
Gazlarning viskozitesi (ichki ishqalanish hodisasi) - bir-biriga nisbatan parallel va turli tezliklarda harakatlanadigan gaz qatlamlari orasidagi ishqalanish kuchlarining paydo bo'lishi. Gazlarning viskozitesi harorat oshishi bilan ortadi
Gazning ikki qatlamining o'zaro ta'siri impuls bir qatlamdan ikkinchisiga o'tkaziladigan jarayon sifatida qaraladi. Ikki gaz qatlami orasidagi birlik maydoniga ishqalanish kuchi, qatlamdan qatlamga birlik maydon orqali soniyada o'tkaziladigan impulsga teng, Nyuton qonuni bilan aniqlanadi:
t=-ē dv / dz
qayerda:
dv / dz- gaz qatlamlarining harakat yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishdagi tezlik gradienti.
Minus belgisi impulsning tezlikni kamaytirish yo'nalishi bo'yicha olib borilishini ko'rsatadi.
η
- dinamik yopishqoqlik.
ē= 1/3 r(n) l, bu erda:
ρ
gazning zichligi,
(ν)
- molekulalarning o'rtacha arifmetik tezligi
λ
molekulalarning o'rtacha erkin yo'lidir.
Ba'zi gazlarning yopishqoqligi (0 ° C da)
Suyuqlikning yopishqoqligi
Suyuqlikning yopishqoqligi- bu faqat suyuqlik harakatda bo'lganda o'zini namoyon qiladigan xususiyat va dam olishdagi suyuqliklarga ta'sir qilmaydi. Suyuqliklardagi yopishqoq ishqalanish ishqalanish qonuniga bo'ysunadi, bu esa qattiq jismlarning ishqalanish qonunidan tubdan farq qiladi, chunki ishqalanish maydoniga va suyuqlikning tezligiga bog'liq.
Yopishqoqlik- suyuqlikning qatlamlarining nisbiy siljishiga qarshilik ko'rsatish xususiyati. Yopishqoqlik suyuqlik qatlamlarining ularning aloqa yuzasida nisbiy harakati bilan ichki ishqalanish kuchlari yoki yopishqoqlik kuchlari deb ataladigan kesish qarshilik kuchlari paydo bo'lishida namoyon bo'ladi. Agar suyuqlikning turli qatlamlarining tezligi oqimning ko'ndalang kesimi bo'ylab qanday taqsimlanganligini ko'rib chiqsak, unda biz oqim devorlaridan qanchalik uzoqroq bo'lsa, zarrachalarning tezligi shunchalik katta bo'lishini osongina ko'rishimiz mumkin. Oqimning devorlarida suyuqlik tezligi nolga teng. Bunga misol sifatida reaktiv oqim modeli deb ataladigan chizma berilgan.
Sekin harakatlanuvchi suyuqlik qatlami tezroq harakatlanadigan qo'shni suyuqlik qatlamini "sekinlashtiradi" va aksincha, yuqori tezlikda harakatlanadigan qatlam o'zi bilan birga past tezlikda harakatlanadigan qatlamni sudrab oladi (tortadi). Ichki ishqalanish kuchlari harakatlanuvchi qatlamlar orasidagi molekulalararo bog'lanishlar mavjudligi sababli paydo bo'ladi. Suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasida ma'lum bir maydon ajratilgan bo'lsa S, keyin Nyutonning gipotezasiga ko'ra:
F=m S (du / dy),- μ - yopishqoq ishqalanish koeffitsienti;
- S ishqalanish maydoni;
- du/dy- tezlik gradienti
Qiymat μ bu ifodada dinamik yopishqoqlik koeffitsienti, teng:
m= F / S 1 / du / dy , m= τ 1/du/kun,- τ - suyuqlikdagi siljish kuchlanishi (suyuqlik turiga bog'liq).
Yopishqoq ishqalanish koeffitsientining fizik ma'nosi- birlik tezlik gradienti bo'lgan birlik yuzasida rivojlanayotgan ishqalanish kuchiga teng son.
Amalda, u ko'proq qo'llaniladi kinematik yopishqoqlik koeffitsienti, uning o'lchamida kuch belgisi yo'qligi sababli shunday nomlangan. Bu koeffitsient suyuqlikning dinamik yopishqoqligi koeffitsientining uning zichligiga nisbati:
ν= μ / ρ ,Yopishqoq ishqalanish koeffitsientining o'lchov birliklari:
- N·s/m 2;
- kgf s / m 2
- Pz (Poiseuille) 1 (Pz) \u003d 0,1 (N s / m 2).
Suyuqlikning yopishqoqlik xususiyatini tahlil qilish
Suyuqliklarni tushirish uchun yopishqoqlik haroratga bog'liq t va bosim R, ammo oxirgi qaramlik faqat katta bosim o'zgarishlarida, bir necha o'nlab MPa tartibida o'zini namoyon qiladi.
Dinamik yopishqoqlik koeffitsientining haroratga bog'liqligi quyidagi formula bilan ifodalanadi:
m t \u003d m 0 e -k t (T-T 0),- mkt - berilgan haroratda dinamik yopishqoqlik koeffitsienti;
- μ 0 - ma'lum haroratda dinamik yopishqoqlik koeffitsienti;
- T - belgilangan harorat;
- T 0 - qiymat o'lchanadigan harorat μ 0 ;
- e
Dinamik yopishqoqlikning nisbiy koeffitsientining bosimga bog'liqligi quyidagi formula bilan tavsiflanadi:
m p \u003d m 0 e -k p (P-P 0),- m R - ma'lum bosimdagi dinamik yopishqoqlik koeffitsienti,
- μ 0 - ma'lum bosimdagi dinamik yopishqoqlik koeffitsienti (ko'pincha normal sharoitda),
- R - bosimni o'rnatish,;
- P 0 - qiymat o'lchanadigan bosim μ 0 ;
- e - natural logarifmning asosi 2,718282.
Bosimning suyuqlikning yopishqoqligiga ta'siri faqat yuqori bosimlarda namoyon bo'ladi.
Nyuton va nonyuton suyuqliklari
Nyuton suyuqliklari yopishqoqligi deformatsiya tezligiga bog'liq bo'lmagan suyuqliklardir. Nyuton suyuqligi uchun Navier - Stokes tenglamasida yuqoridagiga o'xshash yopishqoqlik qonuni mavjud (aslida Nyuton qonunining umumlashtirilishi yoki Navier qonuni).
Yopishqoq ishqalanish va quruq ishqalanish o'rtasidagi farq shundaki, u tezlik bilan bir vaqtning o'zida yo'qolishi mumkin. Kichkina tashqi kuch bilan ham yopishqoq muhit qatlamlariga nisbiy tezlik berilishi mumkin.
Yopishqoq muhitda harakatlanayotganda qarshilik kuchi
Izoh 1Suyuq va gazsimon muhitda harakatlanayotganda ishqalanish kuchlariga qo'shimcha ravishda, ishqalanish kuchlariga qaraganda ancha muhim bo'lgan muhitning qarshilik kuchlari paydo bo'ladi.
Suyuqlik va gazning ishqalanish kuchlarining namoyon bo'lishiga nisbatan xatti-harakatlari farq qilmaydi. Shuning uchun quyidagi xususiyatlar ikkala davlatga ham tegishli.
Ta'rif 1
Tananing yopishqoq muhitda harakatlanishida yuzaga keladigan qarshilik kuchining ta'siri uning xususiyatlariga bog'liq:
- statik ishqalanishning yo'qligi, ya'ni arqon bilan suzuvchi ko'p tonnali kemaning harakati;
- qarshilik kuchining harakatlanuvchi jismning shakliga, boshqacha aytganda, qarshilik kuchlarini kamaytirish uchun uni tartibga solishga bog'liqligi;
- qarshilik kuchining mutlaq qiymatining tezlikka bog'liqligi.
Muhitning ishqalanish kuchlari va qarshilik kuchlari bo'ysunadigan ma'lum qonuniyatlar mavjud bo'lib, umumiy kuchning ishqalanish kuchi sifatida ramziy belgilanishi bilan. Uning qiymati quyidagilarga bog'liq:
- tananing shakli va hajmi;
- uning sirtining holati;
- muhitga nisbatan tezlik va uning xususiyatlari, yopishqoqlik deb ataladi.
Ishqalanish kuchining jismning muhitga nisbatan tezligiga bog'liqligini tasvirlash uchun 1-rasmdagi grafikdan foydalaning.
1-rasm. Ishqalanish kuchining muhitga nisbatan tezlikka bog'liqligi grafigi
Agar tezlikning qiymati kichik bo'lsa, tortishish kuchi y ga nisbatan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va ishqalanish kuchi tezlik bilan chiziqli ravishda ortadi:
F t p \u003d - k 1 y (1) .
Minusning mavjudligi ishqalanish kuchining tezlik yo'nalishiga nisbatan teskari yo'nalishda yo'nalishini bildiradi.
Tezlikning katta qiymatida chiziqli qonundan kvadratik qonunga o'tish sodir bo'ladi, ya'ni ishqalanish kuchining ortishi tezlik kvadratiga proportsionaldir:
F t p \u003d - k 2 y 2 (2) .
Agar havoda qarshilik kuchining tezlik kvadratiga bog'liqligi pasaysa, sekundiga bir necha metr qiymatlarga ega tezliklar haqida gapiriladi.
Ishqalanish koeffitsientlarining qiymati k 1 va k 2 tana sirtining shakli, o'lchami va holatiga va muhitning yopishqoq xususiyatlariga bog'liq.
1-misol
Agar biz cho'zilgan parashyutchining sakrashini hisobga olsak, unda uning tezligi doimiy ravishda oshib keta olmaydi, ma'lum bir vaqtda uning pasayishi boshlanadi, bunda qarshilik kuchi tortishish kuchiga teng bo'ladi.
Qonunning (1) (2) ga o'tish tezligining qiymati xuddi shu sabablarga bog'liq.
2-misol
Boshlang'ich tezligi etishmayotgan bir xil balandlikdan turli massali ikkita metall sharning qulashi bor. Qaysi to'p tezroq tushadi?
Berilgan: m 1, m 2, m 1 > m 2
Yechim
Yiqilish paytida ikkala jism ham tezlikni oshiradi. Muayyan bir vaqtda pastga qarab harakat barqaror tezlik bilan amalga oshiriladi, bunda qarshilik kuchining qiymati (2) tortishish kuchiga teng bo'ladi:
F t p \u003d k 2 y 2 \u003d m g.
Biz barqaror tezlikni formula bo'yicha olamiz:
y 2 = m g k 2.
Shuning uchun, og'ir to'p engilga qaraganda ko'proq barqaror holatdagi tushish tezligiga ega. Shuning uchun er yuzasiga etib borish tezroq sodir bo'ladi.
Javob: og'ir to'p erga tezroq etib boradi.
3-misol
Parashyutchi parashyut ochilguncha 35 m/s tezlikda, undan keyin esa 8 m/s tezlikda uchadi. Parashyut ochilganda chiziqlardagi kuchlanishni aniqlang. Desantchining vazni 65 kg, erkin tushish tezlashuvi 10 m/s 2 . F tr ning y ga nisbatan proporsionalligini belgilang.
Berilgan: m 1 \u003d 65 kg, y 1 \u003d 35 m/s, y 2 \u003d 8 m/s.
Toping: T-?
Yechim
Rasm 2
Ochilishdan oldin parashyutchi y 1 = 35 m / s tezlikka ega edi, ya'ni uning tezlashishi nolga teng edi.
Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, biz quyidagilarni olamiz:
0 = m g - k y 1 .
Bu aniq
Parashyut ochilgandan so'ng uning y o'zgaradi va y 2 = 8 m / s ga teng bo'ladi. Bu erdan Nyutonning ikkinchi qonuni quyidagi shaklni oladi:
0 - m g - k y 2 - T.
Chiziqlarning kuchlanish kuchini topish uchun formulani o'zgartirish va qiymatlarni almashtirish kerak:
T \u003d m g 1 - y 2 y 1 ≈ 500 N.
Javob: T = 500 N.
Agar siz matnda xatolikni sezsangiz, uni belgilab, Ctrl+Enter tugmalarini bosing
Qizig'i shundaki, mutlaqo quruq jismlar tabiatda deyarli uchramaydi. Uskunalarga texnik xizmat ko'rsatishning har qanday sharoitlarida qattiq moddaning yuzasida atmosfera yog'inlari, yog'lar va boshqalarning nozik plyonkalari hosil bo'ladi. Qattiq jism bilan suyuqlik yoki gaz orasidagi ishqalanish yopishqoq yoki suyuqlik ishqalanishi deyiladi.
Yopishqoq ishqalanish qayerda sodir bo'ladi?
Yopishqoq ishqalanish qattiq jismlar suyuq yoki gazsimon muhitda harakat qilganda yoki suyuqlik yoki gazning o'zi harakatsiz qattiq jismlar yonidan oqib o'tganda sodir bo'ladi.
Yopishqoq ishqalanishning sababi nima?
Yopishqoq ishqalanishning sababi ichki ishqalanishdir.
Agar qattiq jism statsionar muhitda harakat qilsa, unga yopishgan suv yoki havo qatlami u bilan birga harakatlanadi. Shu bilan birga, u qo'shni qatlam bo'ylab siljiydi. Ushbu qatlamni o'ziga tortadigan ishqalanish kuchi mavjud.
U harakatga keladi va o'z navbatida keyingi qatlamni tortadi va hokazo.Jismning sirtidan qanchalik uzoqroq bo'lsa, suyuqlik yoki gaz qatlamlari shunchalik sekin harakat qiladi. Qatlamlar orasidagi ishqalanish kuchi tezroq qatlamlarni va shuning uchun qattiq jismning o'zini sekinlashtiradi. U to'g'ridan-to'g'ri viskoz ishqalanish bilan tormozlanadi. Suyuqlik yoki gaz oqimi harakatsiz jismdan oqib o'tganda ham xuddi shunday bo'ladi.
Viskoz ishqalanishning qiziqarli xususiyatlari!
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/48.jpg)
Bir piyola ichiga bir oz suv quying va ichiga yog'och bo'lagini botirib oling. Chipga zarba bering - u suvda suzadi. Va agar siz zaif puflagan bo'lsangiz ham, chip o'z joyidan siljiydi.Yovushqoq ishqalanish va quruq ishqalanish o'rtasidagi asosiy farq shundaki, yopishqoq statik ishqalanish yo'q!
Tanaga ta'sir etuvchi tortish kuchi qanchalik kichik bo'lmasin, u darhol tananing suyuqlikda harakatlanishiga olib keladi. Bu kuch qanchalik kichik bo'lsa, tana shunchalik sekin suzadi.
Suyuqlik yoki gazdagi ishqalanish kuchini nima aniqlaydi?
Harakatlanuvchi jismning, masalan, suyuqlikdagi ishqalanish kuchi harakat tezligiga, tananing shakli va hajmiga, suyuqlikning xususiyatlariga bog'liq.
Harakatning past tezligida qarshilik kuchi harakat tezligiga va tananing chiziqli o'lchamiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Jismlar qarshilik kuchi qanchalik katta bo'lsa, muhit qalinroq (yopishqoq) bo'ladi. Va suyuqliklar suv kabi yopishqoq bo'lmasligi yoki asal kabi juda yopishqoq bo'lishi mumkin. Suv elimga qaraganda pastroq yopishqoqlikka ega, elim esa qatronga qaraganda pastroq viskoziteye ega.
Yopishqoqlik suyuqlikning haroratiga bog'liq.
Misol uchun, qishda sovuqda turgan mashinaning dvigatelini isitish kerak.
Bu dvigatelga quyilgan muzlatilgan yog'ni isitish uchun amalga oshiriladi.
Muzlatilgan yog'ning viskozitesi qizdirilganidan kattaroqdir va vosita tez aylana olmaydi.
Aksincha, gazlarning viskozitesi haroratning pasayishi bilan kamayadi.
Tananing tezligi ortishi bilan muhitning qarshiligi o'zgaradi. Bu tananing atrofida harakatlanadigan oqimning tabiatiga bog'liq. Yuqori tezlikda harakatlanuvchi jismning orqasida murakkab turbulent oqim paydo bo'ladi, g'alati shakllar, halqalar va girdoblar hosil bo'ladi.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/75.jpg)
Harakatga turbulent qarshilik allaqachon muhitning zichligiga, tananing tezligining kvadratiga va tananing o'lchamiga (kvadratiga) bog'liq. Harakatlanuvchi jismga ravon shakl berilgandan keyin turbulent qarshilik ko'p marta kamayadi. Suyuq yoki gaz ustunida harakatlanuvchi jism uchun eng yaxshi shakl old tomondan to'mtoq va orqa tomoni o'tkir (masalan, delfinlar va kitlarda).
Uzoq vaqt oldin...
Piramidalardan topilgan ba'zi qadimiy chizmalarda misrliklar tosh bo'laklarni sudrab ketayotgan chana yuguruvchilari ostiga sut quyayotgani tasvirlangan.
Bizgacha yetib kelgan bronza davridan (miloddan avvalgi V asr) quduq darvozalari ustunlarida ishqalanishni kamaytirishga yordam bergan zaytun moyi izlari topilgan.
"Moylash" nima?
Shuning uchun ular soqol haqida: "bu soat kabi ishlaydi".
Quruq yuzalarning siljishi bilan shug'ullanishingiz kerak bo'lgan joylarda ularni namlash, moylash uchun harakat qilishadi. G'ildirak uyalari tar yoki yog 'bilan bulg'angan; rulmanlarga yog 'quyiladi, yog' to'ldiriladi. Elektr stantsiyalarida hatto moylash moslamasining maxsus pozitsiyasi mavjud bo'lib, moylash moslamasidan ishqalanish qismlariga moy quyadi. Temir yo'lda ham neftchilar bor. Soqol tufayli ishqalanish 8-10 barobar kamayadi.
Qanday tabiiy suyuqliklar moylash uchun eng yaxshisidir?
Bu o'simlik yog'lari, sariyog ', mol go'shti yoki cho'chqa yog'i, qatron. Ammo texnologiyaning rivojlanishi bilan boshqa, arzonroq moylash materiallari topildi - neftni qayta ishlashdan olingan mineral moylar.
Zamonaviy moylash materiallari sifatida mashina, aviatsiya, dizel moylari, surtma, surtma, texnik vazelin, avtol, nigrol, shpindel moyi, qurol moylarini nomlash mumkin.
Ma'lum bo'lishicha, aylanadigan qism qanchalik massiv bo'lsa, masalan, moylash materiallari shunchalik qalin bo'lishi kerak. Gidravlik turbinaning og'ir vallari qalin moy bilan, cho'ntak soatlarining ishlaydigan qismlari suyuq va shaffof suyak moyi bilan yog'langan. Yaxshi moylash vositasi "yog'li" bo'lishi kerak. Keyin, mashina to'xtaganda, moylashning eng nozik qatlami ishqalanish qismlari orasidagi bo'shliqda qoladi va mashina ishga tushirilganda, butunlay quruq yuzalar orasidagi statik ishqalanishni engish kerak emas. Bu ishqalanish va ishqalanish qismlarining aşınmasını kamaytiradi. Mashinaning ishlashi paytida moylash moslamasi qizib ketadi va uning xususiyatlarini qisman yo'qotadi, shuning uchun moyni sovutish uchun maxsus qurilmalar qo'llaniladi. Va juda sovuq havoda ham yaxshi ishlaydigan bunday moylash aralashmalari yaratilgan.
Ammo tabiatda eng keng tarqalgan suyuqlik - suv kamdan-kam hollarda moylash vositasi sifatida ishlatiladi. U past yopishqoqlikka ega va qo'shimcha ravishda ko'plab metallarning korroziyasini keltirib chiqaradi.
![](https://i2.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/51.jpg)
Yong'inga ehtiyotsizlik barcha tuzilmalar uchun yong'inning asosiy sababidir.
Ammo hozir deyarli yo'q bo'lib ketgan shamol tegirmonlari uchun yong'inning asosiy sabablaridan biri kuchli shamol edi, chunki kuchli shamol bilan ularning o'qi ko'pincha ishqalanishdan yonib ketadi !!!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/52.jpg)
Agar tuval yong'inga qarshi shlangga yuqori bosimli suv qo'llanilsa, u yorilishi mumkin. Va agar siz kuchliroq brezentni olsangiz? Amerikalik o't o'chiruvchilar shunday tajriba o'tkazdilar. Shlang buzilmadi, lekin suv oqimi sekundiga 100 litrga etganida, shlang tuval devorlariga suvning ishqalanishidan olov oldi!
Qiziqarli!
Ishqalanishni oshiradigan suyuqlik mavjud. Bu ahmoq!
Ishqalanish yuzalarini moylash vositasi bilan moylashda quruq ishqalanish viskoz ishqalanish bilan almashtiriladi va kamayadi.
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/47.jpg)
Suyuqliklar - bu ishqalanish moyi, lekin uzoq vaqt yomg'ir ostida yoki nam joyda bo'lgan yog'och buyumdan mixlarni tortib olishda siz quruqdan tortib olishdan ko'ra ko'proq kuch sarflashingiz kerak! Haqiqat shundaki, namlikdan shishgan yog'och zarralari orasidagi bo'shliqlar ortadi va tirnoq yog'och tolalari tomonidan kuchliroq siqiladi, ishqalanish kuchi esa kuchayadi.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/29.jpg)
To'lqin to'lqini okean tubi bo'ylab harakat qilganda, ishqalanish kuchlari Yerning aylanishini sekinlashtiradi va kun uzayadi.
Viskoz ishqalanish harakatlanuvchi jismning mexanik energiyasini yo'qotishiga olib keladi, chunki uni sekinlashtiradi. Ammo bu, masalan, samolyot yopishqoq ishqalanishdan mahrum bo'lgan muhitda uchish yaxshiroq bo'ladi degani emas. Bunday havodagi samolyot umuman ucha olmaydi, chunki. qanotining ko'tarilishi va parvonasining surish kuchi nolga teng bo'ladi!
![](https://i0.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/46.jpg)
Atmosferaning noyob qatlamlarida harakatlanadigan sun'iy yo'ldoshning chiziqli tezligi havo qarshiligi tufayli ortadi! Paradoks orbita radiusi kamayishi va sun'iy yo'ldoshning potentsial energiyasining bir qismi kinetik energiyaga aylanishi bilan izohlanadi.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/81.jpg)
Taxminan 35 000 tonnalik va uzunligi taxminan 180 m bo'lgan kema uchun 14 tugunli zarbada suvga ishqalanishning yo'qolishi umumiy quvvatning taxminan 75% ni tashkil qiladi, qolgan 25% esa to'lqin qarshiligini engishga sarflanadi. . Qizig'i shundaki, bu oxirgi turdagi yo'qotish tananing suv ostida harakat qilganda sezilarli darajada kamayadi.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/79.jpg)
Yer yuzasiga yaqin joylashgan atmosferamiz suvdan taxminan 800 baravar kamroq zichroqdir, lekin u harakatga katta qarshilik ham yaratishi mumkin. Shunday qilib, 200 km / soat tezlikda harakatlanadigan oddiy poezd o'zining umumiy quvvatining taxminan 70% ni havo qarshiligini engishga sarflaydi. Yaxshi tartiblangan shaklga ega bo'lsa ham, bu ko'rsatkich umumiy quvvatning yarmidan pastga tushmaydi.
![](https://i1.wp.com/class-fizika.ru/images/tren/80.jpg)
Birinchi samolyot allaqachon havo qarshiligining ulkan kuchini aniq his qilgan. Va shu paytdan boshlab, yaxshiroq tartibga solish tufayli tortishishning kamayishi aviatsiya rivojlanishidagi asosiy muammolardan biriga aylandi. Axir havoga nisbatan ishqalanish nafaqat dvigatellarning energiyasini o'zlashtiradi, balki atmosferaning zich qatlamlarida samolyotning xavfli haddan tashqari qizib ketishiga olib keladi. Biroq, shu bilan birga, kelayotgan oqim samolyotni ko'tarish manbalaridan biri bo'lib xizmat qiladi.