Силы сопротивления
Сила сопротивления зависит от размеров, формы тела и скорости его перемещения в среде. Она возникает при движении тела и затормаживает его. Сила сопротивления отличается от силы трения, так как последняя касается взаимодействия твердых тел. Например, при скольжении одного объекта по поверхности другого. Вектор силы сопротивления всегда направлен противоположно движению.
Примеры работы силы сопротивления:
Движение в жидкости: Если тело плавно погружается в воду, сопротивление меньше, чем при резком прыжке.
Свободное падение: Когда лист падает с дерева, на него действует сила сопротивления воздуха, которая уменьшает ускорение падения по сравнению со свободным падением.
Формулы расчета силы сопротивления
В числовом выражении общая сила сопротивления равна силе, которую следует приложить для равномерного передвижения тела по ровной горизонтальной поверхности. Определяется третьим законом Ньютона.
Формула 1:
Сила сопротивления прямо пропорциональна массе тела и вычисляется по следующей формуле:
F=μ⋅m⋅g
Где:
- F — сила сопротивления, Н (ньютонов);
- μ — коэффициент трения опоры (значение выбирается из таблицы для данного материала);
- m — масса тела, кг;
- g — ускорение свободного падения, 9,8м/с2
Пример расчета:
Для объекта массой 10 кг с коэффициентом трения μ=0,3:
F = 0,3⋅10⋅9,8 = 29,4 Н.
Формула 2:
Для малых скоростей:
F=a⋅v
Где:
Где:
- F — сила сопротивления, Н;
- a — коэффициент сопротивления среды, измеряемый в Н⋅с/м (ньютон-секунда на метр);
- v — скорость движения тела, м/с.
Пример расчета:
Пусть a = 0,5 Н⋅с/м, а скорость объекта v = 3 м/с:
F = 0,5 ⋅ 3 = 1,5 Н.
Формула 3:
Для высоких скоростей:
F = c ⋅ v2
Где:
- F — сила сопротивления, Н;
- c — коэффициент, зависящий от среды и формы объекта, измеряется в Н⋅с2/м2 (ньютон-секунда в квадрате на квадратный метр);
- v — скорость тела, м/с.
Пример расчета:
Если c = 0,2 Н⋅с2/м2 и скорость v = 5 м/с:
F = 0,2 ⋅ 52 = 0,2 ⋅ 25 = 5 Н.
График зависимости сопротивления
От чего зависит сила сопротивления
На величину силы сопротивления влияют следующие факторы:
- Плотность среды (в жидкости сопротивление больше, чем в газе);
- Форма тела (обтекаемая форма снижает сопротивление);
- Скорость движения.
Виды силы сопротивления
- Сила сопротивления качению \[P_{f}\]:
- Зависит от вида поверхности, давления, температуры.
- Коэффициент сопротивления качению уменьшается с повышением температуры и давления.
- Сила сопротивления воздуха \[P_{B}\]:
- Возникает из-за вихреобразования. Чем выше турбулентность, тем больше сопротивление.
Электрическое сопротивление
В проводниках сила сопротивления возникает при движении электронов, которые сталкиваются с ионами кристаллической решетки. Это приводит к потере энергии. Электрическое сопротивление зависит от материала проводника, его длины, формы и температуры.
В проводниках сила сопротивления возникает при движении электронов, которые сталкиваются с ионами кристаллической решетки.
Это приводит к потере энергии. Электрическое сопротивление зависит от материала проводника, его длины, формы и температуры.
Формула:
R = ρ ⋅ l / S
Где:
- l — длина проводника, м;
- S — площадь сечения, м2;
- ρ — удельное сопротивление материала, Ом⋅м.
Температурная зависимость:
ρ = ρ0 (1 + α ⋅ ΔT)
Где:
- ρ0 — удельное сопротивление при 20°C, Ом⋅м;
- α — температурный коэффициент сопротивления, 1/°C;
- ΔT — изменение температуры, °C.
При нагревании движение частиц материала возрастает и создает препятствия для направленного движения электродов. Количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки увеличивается.
Такое свойство применимо в термометрах сопротивления, измеряют температуру исходя из зависимости температуры и сопротивления с высокой точностью измерения.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Контрольная
| от 300 ₽ |
Реферат
| от 500 ₽ |
Курсовая
| от 1 000 ₽ |
Формула силы тока и сопротивление
Закон Ома
Для участка цепи закон Ома выражает взаимосвязь между силой тока (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) проводника.
Формула закона Ома:
I = U / R
- I — сила тока, А;
- U — напряжение, В;
- R — сопротивление, Ом.
Этот закон был экспериментально установлен немецким физиком Георгом Омом и широко применяется в расчетах электрических цепей.
Материалы с низким удельным сопротивлением считаются проводниками, они эффективно проводят электрический ток. С высоким удельным сопротивлением – диэлектрики, их используют как изоляторы. Промежуточное положение занимают полупроводники.
Задача: Найти силу тока в проводнике длиной 100 мм, сечением 0,5 мм2, изготовленном из меди, если напряжение на его концах 6,8 В.
Решение:
- Переводим исходные данные в единицы СИ:
- Длина проводника: l = 100 мм = 0,1 м
- Площадь сечения: S = 0,5 мм2 = 0,5 × 10-6 м2 = 5 × 10-7 м2
- Удельное сопротивление меди: ρ = 1,7 × 10-8 Ω·м
- Напряжение: U = 6,8 В
- Вычисляем сопротивление проводника по формуле:
R = (ρ × l) / SПодставляем значения:
R = (1,7 × 10-8 × 0,1) / (5 × 10-7)R = 3,4 × 10-3 Ω
- Находим силу тока по закону Ома:
I = U / RПодставляем значения:
I = 6,8 / (3,4 × 10-3)I = 2000 А
Ответ:
Сила тока составляет 2000 А.
Выполнение любых работ по физике
Популярные статьи
Жесткость пружины
Емкость конденсаторов
Диэлектрики: понятие, формулы, примеры
50 основных формул по физике