• 阻力

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    阻力

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    流體動力學中,阻力(有時稱為空氣阻力,一種摩擦力,或流體阻力,另一種摩擦力或流體摩擦力)是一種與任何相對于周圍流體移動的物體的相對運動相反的力。 這可以存在于兩個流體層(或表面)之間或流體和固體表面之間。 與幾乎與速度無關的其他阻力(例如干摩擦)不同,阻力取決于速度。

    阻力與低速流動的速度和高速流動的平方速度成正比,其中低速和高速之間的區別由雷諾數衡量。 盡管阻力的最終原因是粘性摩擦,但湍流阻力與粘度無關。

    阻力總是傾向于降低流體相對于流體路徑中固體物體的速度。

    例子

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    阻力的例子包括凈空氣動力或流體動力的分量,其作用與固體物體的運動方向相反,例如汽車(汽車阻力系數)、飛機和船體; 或在與固體相同的地理運動方向上作用,如附著在順風帆船上的帆,或在取決于帆點的帆上的中間方向上。 在管道中流體粘性阻力的情況下,固定管道上的阻力會降低流體相對于管道的速度。

    在體育物理學中,阻力是解釋球、標槍、箭和飛盤的運動以及跑步者和游泳者的表現所必需的。

    類型

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    拖動的種類一般分為以下幾類:

    • 由于身體的大小和形狀而形成阻力或壓力阻力
    • 由于流體與表面之間的摩擦而產生的表面摩擦阻力或粘性阻力,該表面可能是物體的外部或內部,例如管道的孔

    流線型對蒙皮摩擦和形狀阻力的相對比例的影響針對兩個不同的主體部分顯示,翼型是流線型主體,圓柱體是鈍體。 還顯示了一個平板,說明方向對前后皮膚摩擦和壓力差的相對比例的影響。 如果阻力源由壓力主導,則物體被稱為虛張聲勢(或鈍頭),如果阻力由粘性力主導,則物體被稱為流線型。 道路車輛是鈍體。 對于飛機,壓力和摩擦阻力包含在寄生阻力的定義中。 寄生阻力通常用假設的(就沒有邊緣溢出阻力而言)等效寄生阻力面積來表示,該面積是垂直于流動的平板面積。 它用于比較不同飛機的阻力。 例如,道格拉斯 DC-3 的等效寄生面積為 23.7 平方英尺,而麥克唐納道格拉斯 DC-9 在飛機設計上有 30 年的進步,面積為 20.6 平方英尺,但其載客量是后者的五倍。

    • 升力引起的阻力出現在航空中的機翼或升力體以及船只的半滑行或滑行船體中
    • 波阻力(空氣動力學)是由沖擊波的存在引起的,當局部流速變為超音速時,它首先出現在亞音速飛機速度下。 通過在量產飛機上應用面積法則將后機身延長 3.73m,超音速協和原型機的波阻在 2 馬赫時降低了 1.8%。
    • 當固體物體沿流體邊界移動并產生表面波時,會產生波阻(船舶流體動力學)或波浪阻力
    • 飛機上的船尾阻力是由后機身或發動機艙縮小到發動機排氣直徑的角度引起的。
    • 協和“高”波拖尾
    • 協和“低”波拖尾
    • 鷹式飛機在圓形發動機排氣口上方顯示基地區域

    阻力方程

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    阻力取決于流體的特性以及物體的大小、形狀和速度。 表達這一點的一種方法是通過阻力方程:

    F D = 1 2 ρ v 2 C D A {\\displaystyle F_{D}\\,=\\,{\\tfrac {1}{2}}\\,\\rho \\,v{2}\\, C_{D}\\,A}

    在哪里

    F D {\\displaystyle F_{D}} 是阻力,ρ {\\displaystyle \\rho } 是流體的密度,v {\\displaystyle v} 是物體相對于流體的速度,A {\\displaystyle A} 是橫截面積,C D {\\displaystyle C_{D}} 是風阻系數——無量綱數。

    阻力

    阻力系數取決于物體的形狀和雷諾數

    R e = v D ν = ρ v D μ {\\displaystyle R_{e}={\\frac {vD}{\\nu }}={\\frac {\\rho vD}{\\mu }} },

    在哪里

    D {\\displaystyle D} 是一些特征直徑或線性尺寸。 實際上 D {\\displaystyle D} 是物體的等效直徑 D e {\\displaystyle D_{e}}。

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    1. 阻力
    2. 例子
    3. 類型
    4. 阻力方程

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