En este artículo, discutiremos diferentes ejemplos de fuerzas de arrastre con información detallada. Las fuerzas de arrastre son fuerzas mecánicas generadas debido a la interacción de un cuerpo sólido con el fluido que lo rodea.
Los ejemplos de fuerza de arrastre son muy comunes y se ven con frecuencia en la naturaleza como la fuerza que actúa de manera opuesta al movimiento relativo de cualquier cuerpo en movimiento. Siempre que un cuerpo se mueve a través del aire, esta fuerza resistiva se denomina arrastre aerodinámico y si el medio de transporte es agua, entonces se conoce como arrastre hidrodinámico.
Los ejemplos de fuerza de arrastre se enumeran a continuación
- Un barco que viaja en el agua
- Un avión volando en el cielo
- Un pájaro volando en el cielo
- Un auto moviéndose en la carretera
- Montando una bicicleta
- Bicicleta
- Parachute
- Un paracaidista cayendo por el cielo
- Movimiento de flechas y frisbee
- Los corredores
- Nadadores
- movimiento de bolas
Un barco que viaja en el agua
Las fuerzas en un bote son el resultado del movimiento del aire que interactúa con el bote y da como resultado una fuerza motriz para navegar en el agua. Las fuerzas que actúan sobre la embarcación dependen de la velocidad y dirección del viento, así como de la velocidad y dirección de la embarcación.
Cuatro fuerzas actúan sobre el bote: su peso, la fuerza de flotación (la fuerza de contacto con el agua que empuja el bote hacia arriba), la fuerza del viento hacia adelante y el arrastre del agua hacia atrás.
La fuerza de arrastre D experimentada por un cuerpo mientras viaja a través de un fluido está dada por,
Lugar:
C es el coeficiente de arrastre, valores típicos que van de 0.4 a 1.0 para diferentes fluidos (como aire y agua)
ρ es la densidad del fluido a través del cual se mueve el cuerpo
v es la velocidad del cuerpo relativa al fluido
A es el área transversal proyectada del cuerpo perpendicular a la dirección del flujo.
Un avión volando en el cielo
El resultado combinado de cuatro fuerzas de arrastre, empuje, sustentación y peso hace posible volar un avión en el cielo.
El peso del avión lo jala hacia el centro de la tierra, para vencer esta fuerza de tracción se requiere suficiente sustentación en dirección hacia arriba. La sustentación es el resultado de las diferencias en la presión del aire sobre y por encima de las alas del avión. El motor de un avión produce un empuje en la dirección del movimiento del avión que se equilibra con la fuerza de arrastre que actúa en dirección opuesta a la dirección del movimiento.
Cuando un avión vuela recto y nivelado a una velocidad constante, la sustentación que produce equilibra su peso y el empuje que produce equilibra su resistencia. Sin embargo, este equilibrio de fuerzas cambia a medida que el avión sube y desciende, cuando acelera y frena, y cuando gira.
Un pájaro volando en el cielo
El aleteo de las aves es uno de los métodos de propulsión generalizados disponibles en la naturaleza.
En el caso de un ave, la sustentación que se genera al batir las alas se puede considerar como una fuerza vertical que soporta el peso del cuerpo del ave (es decir, la atracción gravitatoria hacia abajo). Aquí el arrastre se considera como la fuerza horizontal que se opone al empuje. El empuje es la fuerza que mueve el objeto en la dirección hacia adelante, para un pájaro, la confianza la proporcionan los músculos del pájaro.
El arrastre es causado por la resistencia del aire y actúa en la dirección opuesta del movimiento, el arrastre producido depende de la forma del objeto, la densidad del aire y la velocidad de movimiento de ese objeto. El empuje puede superar o contrarrestar la fuerza de arrastre.
Durante el vuelo hacia adelante, el cuerpo de un ave genera resistencia que tiende a desacelerar su velocidad. Al batir sus alas, o al convertir la energía potencial en trabajo si se desliza, el ave produce sustentación y empuje para equilibrar la atracción de la gravedad y la resistencia.
Un carro en movimiento
En el caso de un automóvil en movimiento, la magnitud de la fuerza de arrastre es igual y actúa en dirección opuesta a la fuerza que el motor crea en las ruedas del vehículo. Debido a que estas dos fuerzas iguales y opuestas actúan sobre el automóvil, la fuerza neta resultante se vuelve cero y el automóvil puede mantener una velocidad constante.
Si hacemos que la fuerza producida por el motor sea cero manteniendo el automóvil en una posición neutral durante un tiempo, solo la fuerza de arrastre actúa sobre el automóvil. En esta condición, la fuerza neta está disponible en el automóvil y el automóvil desacelera.
Andar en bicicleta o bicicleta
De hecho, la resistencia aerodinámica es una fuerza de resistencia importante en el ciclismo, cada ciclista tiene que superar la resistencia del viento. La resistencia a la presión juega un papel importante en el ciclismo, principalmente causado por las partículas de aire que se empujan juntas en las superficies frontales y más espaciadas en las superficies traseras.
Todos los ciclistas que alguna vez han pedaleado con viento en contra fuerte conocen la resistencia del viento. ¡Es agotador! Para avanzar, el ciclista debe empujar a través de la masa de aire frente a él.
Bicicleta
Las bicicletas y las motocicletas son vehículos de una sola vía y, por lo tanto, sus movimientos tienen muchos atributos fundamentales en común. Si consideramos al ciclista y la bicicleta como un solo sistema las fuerzas externas que actúan son: fuerza de arrastre, fuerza gravitacional, inercia, fuerza de fricción del suelo y fuerzas internas que son provocadas por el ciclista.
Parachute
La fuerza de arrastre que actúa sobre un paracaídas depende del tamaño del paracaídas, cuanto mayor sea el paracaídas, mayor será la fuerza de arrastre que actúe sobre él.
Las dos fuerzas que actúan sobre un paracaídas son la fuerza de arrastre o resistencia del aire y la fuerza gravitatoria. La fuerza de arrastre actúa en dirección opuesta a la fuerza gravitatoria y frena el paracaídas cada vez que cae.
Un paracaidista cayendo por el cielo
Cuando un paracaidista salta del avión, tanto la resistencia del aire o arrastre como la fuerza gravitatoria actúan sobre su cuerpo. La fuerza gravitacional permanece constante, pero la resistencia del aire aumenta con el aumento de la velocidad terrestre.
La fuerza de las partículas de aire que golpean el cuerpo se puede cambiar alterando la posición de su cuerpo (el área de la sección transversal del cuerpo). Esto cambia la velocidad del paracaidista hacia la tierra.
La fuerza de arrastre (resistencia) experimentada por el cuerpo se puede representar mediante la siguiente fórmula:
Donde D es el coeficiente de arrastre,
p es la densidad del medio, en este caso aire,
A es el área de la sección transversal del objeto, y
v es la velocidad del objeto.
Movimiento de flechas y frisbee
La trayectoria de una flecha está influenciada por tres fuerzas: a) fuerza de aceleración desde el arco hacia el objetivo, b) fuerza de aceleración hacia la tierra debido a la fuerza gravitatoria, y c) fuerza de desaceleración debido al arrastre aerodinámico de la flecha.
La fuerza de la cuerda del arco acelera la flecha desde el arco hasta que la flecha alcanza la velocidad de lanzamiento, la fuerza de arrastre reduce su velocidad a medida que la flecha se mueve por el aire. Finalmente, la fuerza gravitatoria devuelve la flecha a la superficie terrestre.
Las fuerzas grandes dan como resultado una aceleración, pero las masas pesadas son muy difíciles de acelerar o desacelerar. Por lo tanto, una flecha más ligera sale del arco a mayor velocidad y pierde velocidad más rápido durante el vuelo.
Los corredores
Cuando los corredores corren, el "viento" que experimentan empujando contra ellos es en realidad la fuerza de arrastre.. En el caso de un corredor o nadador, la fuerza de arrastre siempre actúa en contra del movimiento, tratando de ralentizar su movimiento. Para superar la resistencia, un corredor tiene que moverse rápido para hacer que la carrera avance. En otras palabras, el cuerpo debe producir más empuje.
Nadadores
Diferentes formas de fuerzas de arrastre como la fricción, la presión y el arrastre de las olas actúan continuamente sobre un nadador a medida que baja en la piscina hasta su toque final en la pared. El arrastre por fricción ocurre como resultado del roce de las moléculas de agua con el cuerpo del nadador, un cuerpo más suave del nadador reduce la fricción hasta cierto punto.
Al nadar a mayor velocidad, hay un aumento de presión en la región frontal (cabeza del nadador) creando una diferencia de presión entre los dos extremos del cuerpo del nadador. Esta diferencia en la presión genera turbulencia detrás del cuerpo del nadador, esta fuerza de resistencia adicional es el arrastre de la presión.
El arrastre de las olas ocurre como resultado de que el cuerpo del nadador se sumerge en el agua y se encuentra parcialmente fuera del agua. Toda la fuerza de arrastre de las olas se genera a partir de la parte de la cabeza y los hombros del cuerpo del nadador.
movimiento de bolas
A medida que la pelota se mueve por el aire, Drag resistirá el movimiento de la pelota durante su vuelo y reducirá su alcance y altura, al mismo tiempo. vientos cruzados lo desviará de su camino original. Ambos efectos son considerados por los jugadores de deportes como el golf.
Una pelota que rebota generalmente sigue el movimiento de un proyectil, las diferentes fuerzas que actúan sobre una pelota son la fuerza de arrastre, la fuerza gravitacional, la fuerza magnus debido al giro de la pelota y la fuerza de flotación, todas las fuerzas deben considerarse para analizar el movimiento de la pelota.
En general, hay muchos factores que afectan la magnitud de la fuerza de arrastre, incluidos la forma y el tamaño de la pelota, el cuadrado de la velocidad del objeto y las condiciones del aire; en particular, la densidad y la viscosidad del aire. Determinar la magnitud de la fuerza de arrastre es difícil porque depende de los detalles de cómo interactúa el flujo con la superficie del objeto. Para una pelota de fútbol, esto es particularmente difícil porque se usan puntadas para mantener la pelota unida.
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Soy Sangeeta Das. He completado mi Maestría en Ingeniería Mecánica con especialización en Motores IC y Automóviles. Tengo alrededor de diez años de experiencia en la industria y el mundo académico. Mi área de interés incluye motores IC, aerodinámica y mecánica de fluidos. Puedes alcanzarme en