Odporová sila

Odporová sila pôsobí na teleso pohybujúce sa v plyne alebo kvapaline. Smeruje vždy proti smeru pohybu telesa a jej veľkosť súvisí s veľkosťou rýchlosti. Ak sa pohybuje teleso i tekutina, pre veľkosť pôsobiacej sily je dôležitá ich relatívna rýchlosť.

Vír, ktorý vznikol pri prelete lietadla (dym červenej farby bol pridaný pred preletom lietadla pre zviditeľnenie prúdenia vzduchu).

Vo všeobecnosti platí, že odporová sila s rýchlosťou rastie. Pri postupnom náraste rýchlosti však nastáva dôležitý zlom. Do istej hodnoty rýchlosti je obtekanie telesa laminárne (zjednodušene povedané: je usporiadané, ustálené, jednotlivé vrstvy kvapaliny akoby sa po sebe iba posúvali, netvoria sa pri ňom víry). Vtedy sa uplatňuje odporová sila priamo úmerná rýchlosti a tiež viskozite prostredia. Preto vtedy niekedy hovoríme o vnútornom trení.

Pri náraste rýchlosti sa prúdenie látky obtekajúcej teleso postupne mení na turbulentné (toto je veľmi nepravidelné až chaotické, tvoria sa pri ňom víry, v čase sa rýchlo mení). Vtedy hovoríme o sile aerodynamického odporu. V tomto prípade už viskozita prostredia nie je pre veľkosť sily podstatná, veľkú úlohu však zohráva hustota prostredia a tvar telesa.

Vzťahy

Pre silu aerodynamického odporu platí

${\displaystyle F_{o}={\frac {1}{2}}CS\varrho v^{2},}$

kde S je čelný prierez telesa (vzhľadom k smeru jeho rýchlosti), ${\displaystyle \varrho }$ je hustota prostredia, v je rýchlosť, C je tzv. koeficient aerodynamického odporu. Obtekanie telesa pri turbulentnom prúdení je veľmi komplikovaný problém, hodnotu koeficientu odporu C je preto potrebné určovať experimentálne v tzv. veternom tuneli. Hodnoty pre niekoľko bežných predmetov sú zhruba:

• dutá polguľa: ${\displaystyle C\approx 1,4}$,
• štvorcová rovná doska: ${\displaystyle C\approx 1,2}$,
• vypuklá polguľa: ${\displaystyle C\approx 0,4}$,
• guľa (v závislosti od drsnosti): ${\displaystyle C\approx 0,1-0,4}$,
• bežné osobné auto: ${\displaystyle C\approx 0,3-0,5}$,
• monopost F1: ${\displaystyle C\approx 0,7-1,1}$,
• lietadlo: ${\displaystyle C\approx 0,02}$.

Veľká hodnota C pre monopost F1 je daná tým, že pri jej pohybe je snaha čo najviac zvýšiť prítlakovú silu pre zvýšenie stability v zákrutách. To má za následok prekvapivo veľkú hodnotu koeficientu aerodynamického odporu.

Pri laminárnom prúdení je pôsobiaca sila úmerná rýchlosti. Ak je pohybujúcim sa telesom guľa, platí pre veľkosť odporovej sily Stokesov vzťah

${\displaystyle F_{o}^{}=6\pi \eta Rv,}$

kde v je rýchlosť, R je polomer gule, ${\displaystyle \eta }$ je viskozita prostredia (presnejšie, ide o tzv. dynamickú viskozitu).

Fyzikálny portál Chemický portál