6.4.4.Съпротивителни сили на средата

            При движението си телата изпитват съпротивлението на средата. Това е от значение, когато във въздушна среда скоростта е висока. Основни параметри на средата са плътността и вискозитета. Плътността се определя като маса за единица обем. Колкото е по-висока плътността, толкова по-голямо е съпротивлението, което изпитва тялото. Вискозитетът е мярка за способността на флуида за протичане. При движението си телата предизвикват разбъркване на средата, което зависи от трансфера на енергия от обекта към флуида и се нарича съпротивителна сила. Тя има два компонентачелно съпротивление и подемна сила.

Fчелно = ½ . Cd.A.ρ.V 2

Aфронтална площ

ρ  - вискозитет

υскорост

Fподемна = P . α . 1 / V

Pналягане

V - скорост

 

 

Съпротивление на средата

При ниски скорости челното съпротивление е малко и потокът се нарича ламинарен. При преминаване на скоростта на тялото над определена точка дефинирана като разделителна, потокът става турбулентен. В него се образува пространство, разположено непосредствено зад тялото, което е с понижено налягане и намалява скоростта на движение на тялото. При симетрични обекти скоростта на флуида при обтичането на тялото отгоре и отдолу е еднаква. При асиметрична форма – например криловидна, скоростта на обтичане отдолу и отгоре става различна. Съгласно принципа на Бернули налягането p умножено по обема V е постоянна величина – p . V = const. Тази формула обяснява възникването на понижено налягане, което води до подемна сила. Ефектът на Бернули се използва в самолетните полети, ветроходството, плувните и гребни спортове и др.

Различен от него е ефектът на въртеливото движение на топката движеща се с висока скорост, при което възниква сила позната като ефект на Магнус, отклоняваща траекторията на топката в посоката на въртенето й.

 

Ламинарен поток *************************Турбулентен поток

подемна сила

 

           

Подемна сила на Бернули  ********************  Ефект на Магнус

 

            Особен вид реакция е силата на плаваемост, която тялото на плувеца изпитва във водата. Под плаваемост се разбира способността на едно тяло да се задържи на повърхността на флуида, в който се намира. Съгласно принципът на Архимед на всяко тяло потопено във флуид действа една насочена нагоре сила, равна на теглото на обема флуид, изместен от тялото. Тази сила се нарича сила на плаваемост. Въздействащите външни сили са теглото на тялото и силата на плаваемост. Приложната точка на силата на тежестта е в ОЦТ на тялото, като местоположението на тази точка ще зависи от конфигурацията на тялото (моментното разположение на отделните му части), а приложната точка на силата на плаваемост е в центъра на обема изместена вода. Когато направленията на двете сили съвпадат тялото ще бъде в равновесие  и когато не съвпадат, няма да бъде в равновесие. Ако плувецът премести ръцете си отстрани до тялото и изпъне краката си, неговият ОЦТ ще се измести в посока на преместената маса. Тъй като силата на плаваемост и силата на тежестта вече няма да са в една линия, те ще действат като двоица сили, поради което тялото ще се стреми да се завърти в посока с краката надолу.

Сила на плаваемост