Sisältö
Kaikki ovat intuitiivisesti perehtyneet vetovoiman käsitteeseen. Kun kävelet veden läpi tai ajat pyörällä, huomaat, että mitä enemmän työtä teet ja mitä nopeammin liikut, sitä enemmän vastustusta saat ympäröivästä vedestä tai ilmasta, joita fyysikot pitävät molemmat nesteinä. Vetämisvoimien puuttuessa maailmaa saatetaan kohdella 1000 metrin etäisyydellä baseball-ottelusta, nopeammin maailmanennätys yleisurheilussa ja autoissa, joiden polttoainetalous on yliluonnollista.
Vetämisvoimat, jotka ovat pikemminkin rajoittavia kuin työntövoimaisia, eivät ole yhtä dramaattisia kuin muut luonnonvoimat, mutta ne ovat kriittisiä koneenrakennuksessa ja siihen liittyvissä tieteenaloissa. Matemaattisesti ajattelevien tutkijoiden ponnistelujen avulla on mahdollista paitsi tunnistaa luonnossa olevat vetämisvoimat, myös laskea heidän numeeriset arvonsa monissa arjen tilanteissa.
Vedä voimayhtälö
Fysiikassa paine määritellään voimana pinta-alayksikköä kohti: P = F / A. Käyttämällä "D" edustamaan erityisesti vetolujuutta, tämä yhtälö voidaan järjestää uudelleen D = CPA, jossa C on suhteellisuusvakio, joka vaihtelee kohteelta toiselle. Paine nesteen läpi liikkuvalle esineelle voidaan ilmaista (1/2) ρv2, jossa ρ (kreikkalainen kirjain rho) on nesteen tiheys ja v on esineiden nopeus.
Siksi, D = (1/2) (C) (p) (v2) (A).
Huomaa tämän yhtälön useita seurauksia: Vetämisvoima nousee suoraan suhteessa tiheyteen ja pinta-alaan, ja se nousee nopeuden neliön kanssa. Jos juoksut nopeudella 10 mailia tunnissa, koet neljä kertaa aerodynaamisen vetovoiman kuin 5 mailia tunnissa, kaiken muun ollessa vakiona.
Vedä voima putoavalle esineelle
Yksi klassisen mekaniikan vapaassa pudotuksessa olevan esineen liikeyhtälöistä on v = v0 + klo. Siinä v = nopeus hetkellä t, v0 on lähtönopeus (yleensä nolla), a on painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,8 m / s2 maan päällä), ja t on kulunut aika sekunneissa. On selvää yhdellä silmäyksellä, että suurelta korkeudelta pudonnut esine putoaa jatkuvasti kasvavalla nopeudella, jos tämä yhtälö olisi totta, mutta se ei ole, koska se jättää vetämisvoiman huomiotta.
Kun esineeseen vaikuttavien voimien summa on nolla, se ei enää kiihty, vaikka se saattaa liikkua suurella, vakionopeudella. Siten laskuvarjuri saavuttaa terminaalinopeuden, kun vetovoima on yhtä suuri kuin painovoima. Hän voi manipuloida tätä vartaloasentonsa kautta, mikä vaikuttaa A: n vetoyhtälöön. Terminaalin nopeus on noin 120 mailia tunnissa.
Vedä voima uimuriin
Kilpailevat uimareitit kohtaavat neljä erillistä voimaa: painovoima ja kelluvuus, jotka vaikuttavat vastakkain pystysuunnassa, ja vetovoima, jotka vaikuttavat vastakkaisiin suuntiin vaakatasossa. Itse asiassa propulsiovoima ei ole muuta kuin uimurien jalkojen ja käsien kohdistama vetovoima veden vetäytymisvoiman voittamiseksi, joka, kuten olet todennäköisesti olettanut, on huomattavasti suurempi kuin ilman.
Vuoteen 2010 saakka olympiauimareiden sallittiin käyttää erityisesti aerodynaamisia puvuja, jotka olivat olleet olemassa vain muutaman vuoden. Uimat hallitseva elin kielsi puvut, koska niiden vaikutus oli niin ilmeinen, että urheilijat, jotka olivat muuten huomaamatta (mutta silti maailmanluokan) ilman maailmanpukuja, rikkoivat maailmanennätysten arvoa.