Сила отпора ваздуха

  Примењена физика

Ова тема је прилично занимљива, обимна и показује да једначине једноставних кретања, попут хитаца, могу да постану прилично сложене ако се узме у разматрање сила отпора ваздуха. 

Ако је кретање праћено малим брзинама, сила отпора ваздуха Fₒ се записује као производ коефицијента, који зависи од облика тела, димензије и састава површине у контакту са ваздушном струјом, и релативне брзине тела у односу на ваздух:

Fₒ = bv

Ваздух опструјава тело без турбуленција, а отпор је последица трења – познато као вискозност- између површине тела и ваздушне струје уз тело.

За тела која се крећу већим брзинама, а то нису само ваздухоплови или друмска возила већ и лопте код појединих спортова, пратећа појава су турбуленције ваздушне струје иза објекта. То се дешава зато што је слој ваздушне струје уз тело под нижим притиском у односу на ваздух с предње и задње стране тела: нижи притисак је последица постојања динамички притисак ((½) ρv²) тог слоја па га већи притисак са задње стране тела успорава, мада се успоравање у мањој мери дешава и због трења између тела и тог слоја ваздуха. Ваздух изнад тог слоја нема довољну силу да га повуче са собом и надокнади губитак  његове брзине. Успорени слој ваздушне струје се откида од тела, постаје део турбуленција иза објекта – где је нижи притисак него с предње стране тела.

Та разлика притисака ствара другу врсту отпора ваздуха, поред поменутог вискозног трења ваздушне струје. Сила отпора, као последица разлике притисака се предње и задње стране тела, има нешто сложенији запис:

Fₒ = CS (½) ρv²

C је коефицијент отпора, за лоптаста тела има вредност ½, ρ је густина ваздуха, а S површина чеоног дела објекта. Густина ваздуха нема једнаку вредност па једначина даје приближне вредности.