Номер 1, страница 150, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. От чего зависит величина лобового сопротивления?

1. Величина лобового сопротивления (или силы аэродинамического сопротивления) — это сила, с которой жидкость или газ препятствует движению в ней тела. Она зависит от нескольких ключевых параметров, которые для большинства практических случаев объединяются в следующую формулу:

$F_D = \frac{1}{2} \rho v^2 C_d A$

Эта формула показывает, что сила лобового сопротивления ($F_D$) зависит от следующих факторов:

• Скорость движения ($\text{v}$). Сила сопротивления растет пропорционально квадрату скорости. Это значит, что при удвоении скорости сопротивление увеличивается в четыре раза ($2^2=4$). Это одна из главных причин, почему для достижения высоких скоростей требуется непропорционально больше мощности и почему расход топлива у автомобиля резко возрастает на больших скоростях.

• Плотность среды ($\rho$). Чем плотнее среда, тем больше сила сопротивления. Именно поэтому двигаться в воде (которая примерно в 800 раз плотнее воздуха) намного сложнее, чем в воздухе при одной и той же скорости.

• Форма тела. Этот фактор количественно описывается безразмерным коэффициентом лобового сопротивления ($C_d$). Обтекаемые, каплевидные тела имеют очень низкий $C_d$, в то время как у плоских или угловатых тел он высокий. Например, у современного легкового автомобиля $C_d \approx 0.25-0.35$, а у парашютиста, летящего плашмя, $C_d \approx 1.0$.

• Размер тела. Сила сопротивления прямо пропорциональна характерной площади ($\text{A}$), которой обычно является площадь поперечного сечения тела (его фронтальная проекция, или площадь миделя). Чем больше площадь, тем большее количество частиц среды телу приходится "расталкивать", и тем выше сопротивление.

Помимо этих основных факторов, которые входят в формулу, также важны и другие:

• Свойства среды. Вязкость среды создает дополнительное сопротивление из-за трения между поверхностью тела и прилегающими слоями жидкости или газа. При скоростях, близких к скорости звука, важной становится сжимаемость газа, которая приводит к образованию ударных волн и резкому росту сопротивления.

• Состояние поверхности. Шероховатость поверхности тела обычно увеличивает сопротивление за счет усиления трения. Однако в некоторых специальных случаях (например, ямки на мяче для гольфа) контролируемая шероховатость может, наоборот, уменьшить общее сопротивление.

Ответ: Величина лобового сопротивления зависит от формы, размера и состояния поверхности тела; от скорости его движения относительно среды; а также от плотности, вязкости и сжимаемости самой среды (жидкости или газа).