Номер 5, страница 126 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 20. Сила трения. Глава 3. Динамика. Механика - номер 5, страница 126.

Условие.

5. Что называют силой сопротивления среды?

Решение.

Силой сопротивления среды (также известной как сила вязкого трения или гидроаэродинамическое сопротивление) называют силу, которая возникает при движении тела в жидкой или газообразной среде и препятствует этому движению. Эта сила всегда направлена в сторону, противоположную вектору скорости тела относительно среды.

Возникновение силы сопротивления обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, это трение вязкости – сила трения между поверхностью движущегося тела и частицами среды, обусловленная её вязкостью. Этот эффект особенно важен при низких скоростях движения. Во-вторых, это давление формы – разность давлений на лобовую и тыльную поверхности тела. Перед телом среда сжимается (давление повышается), а за телом образуется область разрежения (давление понижается). Эта разность давлений создает силу, тормозящую движение, и этот эффект доминирует при высоких скоростях.

Величина силы сопротивления зависит от нескольких факторов: от скорости движения тела (с увеличением скорости сила сопротивления возрастает, причём при малых скоростях она пропорциональна скорости, $F_с \propto v$, а при больших — квадрату скорости, $F_с \propto v^2$), от формы и размеров тела (тела с большей площадью поперечного сечения и менее обтекаемой формой испытывают большее сопротивление), а также от свойств среды (её плотности и вязкости).

В общем случае для высоких скоростей (при турбулентном режиме течения) сила сопротивления рассчитывается по формуле: $F_с = \frac{1}{2} C \rho S v^2$, где $C$ — коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы тела, $\rho$ — плотность среды, $S$ — площадь поперечного сечения тела, $v$ — скорость тела относительно среды.

Для частного случая малых сферических тел, движущихся с небольшой скоростью (ламинарный режим течения), справедлив закон Стокса: $F_с = 6 \pi \eta r v$, где $\eta$ — динамическая вязкость среды, $r$ — радиус шара, $v$ — его скорость.

Ответ: Сила сопротивления среды — это сила, возникающая при движении тела в жидкости или газе, направленная против движения тела и обусловленная вязкостью среды и разностью давлений на поверхности тела. Её величина зависит от скорости, формы и размеров тела, а также от плотности и вязкости среды.