摩擦力、阻力和终端速度
| English | ไทย |
|---|---|
| terminal velocity/ˈtɜːmɪnl vəˈlɒsɪti/ | ความเร็วสูงสุด |
| air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ | แรงต้านอากาศ |
| friction/ˈfrɪkʃn/ | แรงเสียดทาน |
| drag/dræɡ/ | แรงต้านทานการเคลื่อนที่ |
| viscous/ˈvɪskəs/ | ความหนืด |
| fluid/ˈfluːɪd/ | ของไหล |
| upthrust/ˈʌpθrʌst/ | แรงลอยตัว |
| resultant force/rɪˈzʌltənt fɔːs/ | แรงลัพธ์ |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | 热能 |
| power/ˈpaʊə/ | กำลัง |
ทำไมนักกระโดดพาราคีดจึงหยุดเร่งความเร็ว
- กระโดดออกจากเครื่องบินแล้วจะมีความเร่ง — แต่ไม่ตลอดไป
- ทันทีคุณจะตกลงมาด้วยความเร็วคงที่ ซึ่งเรียกว่า ความเร็วสูงสุด (terminal velocity) แม้ว่าจะยังถูกแรงโน้มถ่วงดึงอยู่ก็ตาม
- สาเหตุคือ แรงต้านอากาศ ที่เพิ่มขึ้นตามความเร็ว
แรงเสียดทานและแรงต้าน
- แรงเสียดทาน เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวของของแข็งสองผิว ต้านทานการลื่นไถล
- แรงต้าน (เป็นแรงหนืด) คือแรงต้านจาก ของไหล — ซึ่งรวมถึงของเหลวหรือแก๊ส
คู่แรงกฎข้อที่สามของนิวตัน: R作用于หนังสือ (ขึ้น) และ R-prime作用于โต๊ะ (ลง)
停车
摩擦力使汽车制动。设定速度并刹车——汽车在司机反应期间继续移动，然后摩擦力使其减速。将速度加倍，观察制动距离变为四倍。
哪项最能描述阻力（粘性力）？
阻力是流体（液体或气体）对穿过其中的物体施加的阻力。摩擦是固体对固体的情况。
แรงต้านเพิ่มขึ้นตามความเร็ว
- เมื่ออยู่เฉยๆ จะไม่มีแรงต้าน
- คุณ越快，阻力变得越大。
กราฟความเร็ว-เวลาสำหรับวัตถุที่ตกลงผ่านอากาศ
下落物体受到的阻力随其速度增加而增大。
是的——静止时阻力为零，并随速度增加。这正是最终平衡重力的原因。
สามแรงที่กระทำต่อบอลที่ตกลงในของเหลว
- น้ำหนัก $W$ — ชี้ลง เสมอเท่าเดิม
- แรงลอยตัว $U$ — ชี้ขึ้น มีค่าเท่าเดิมทุกความเร็ว (ขึ้นอยู่กับปริมาณของเหลวที่ถูก desplazado เท่านั้น)
- แรงต้าน $F$ — ชี้ขึ้น ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ และ เพิ่มขึ้น เมื่อบอลเร็วขึ้น
- นิสัยในการทำข้อสอบ: วาดแรงแต่ละแรงด้วยลูกศรที่มีฉลาก จากบอล และไม่เพิ่มลูกศร "การเคลื่อนที่"
แผนภาพแรงแสดงเฉพาะแรงที่กระทำต่อวัตถุ — หลักการเดียวกันสำหรับบอลที่ตกลง
钢球在油中下落。哪些力作用在球上？选择所有适用的选项。
三个力：向下的重力，向上的浮力，以及向上的阻力（与运动方向相反）。没有单独的运动力——球因其速度而移动，而非因有力量推动它前进。
การตกลงสู่ความเร็วสูงสุด
- เริ่มต้น: มีเพียงน้ำหนัก (และแรงลอยตัว) ทำ عمل ดังนั้นแรงลัพธ์มีค่ามากที่สุดและความเร่งมีค่ามากที่สุด
- กลางทาง: แรงต้านเพิ่มขึ้น แรงลัพธ์ ลดลง ความเร่งลดลง
- สิ้นสุด: แรงชี้ขึ้นเท่ากับน้ำหนัก → แรงลัพธ์เป็นศูนย์ → ความเร็วคงที่
达到终端速度
跳跃并观察空气阻力箭头增长直至平衡重力——此时速度恒定。打开降落伞后，大得多的阻力使跳伞者降至缓慢安全的终端速度。
将从释放时刻起空气下落的阶段按顺序排列。
阻力从零开始随速度增加，直到抵消重力，结束加速过程。
在终端速度时，阻力等于 ____。
阻力 = 重力，所以合力为零且速度保持不变。
ที่ความเร็วสูงสุด ความเร่ง เป็นศูนย์ — ไม่ใช่ความเร็ว วัตถุยังคงเคลื่อนที่และยังคงลดระดับสูง下来的lines. ข้อผิดพลาดทั่วไปในการทำข้อสอบคือ "แรงสมดุลกันดังนั้นมันจึงหยุดนิ่ง"
ตัวอย่างวิธีทำ: ความเร็วสูงสุดในน้ำมัน
บอลเหล็กขนาดเล็กที่มีน้ำหนัก $0.050\ \text{N}$ ตกลงผ่านน้ำมัน แรงลอยตัว对它มีค่า $0.010\ \text{N}$ และแรงต้านมีค่า $F = kv$ เมื่อ $k = 0.080\ \dfrac{\text{N s}}{\text{m}}$. จงหาความเร็วสูงสุด
- ที่ความเร็วสูงสุด แรงลัพธ์เป็นศูนย์: $W = U + F$.
- ดังนั้น $F = 0.050 - 0.010 = 0.040\ \text{N}$
- จากนั้น $kv = 0.040$, ให้ผลลัพธ์ $v = \dfrac{0.040}{0.080} = 0.50\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- ตรวจสอบ: ในของเหลว หากลืมพิจารณาแรงลอยตัวจะได้ $v = 0.63\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ — ซึ่งเป็นคำตอบผิดและเสียคะแนน
重量为 $0.12\ \text{N}$ 的球在液体中下落。浮力为 $0.030\ \text{N}$，阻力为 $F = kv$，$k = 0.30\ \dfrac{\text{N s}}{\text{m}}$。它的终端速度是多少 m/s？
在终端速度 $W = U + kv$ 时，所以 $kv = 0.12 - 0.030 = 0.090\ \text{N}$ 和 $v = \dfrac{0.090}{0.30} = 0.30\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$。
พลังงานที่ความเร็วสูงสุด
- พลังงานจลน์ตอนนี้คงที่ แต่วัตถุยังคงลดระดับสูง下来
- พลังงานศักย์โน้มถ่วงที่สูญเสียไปเปลี่ยนเป็น พลังงานความร้อนของของไหล เป็นหลัก — ไม่ใช่ความเร็วที่เพิ่มขึ้น
当跳伞者以终端速度下落时，损失的引力势能主要转化为：
动能保持不变，所以下落的势能不能转化为动能——它通过阻力加热空气（和跳伞者）。
ขับเคลื่อนด้วยความเร็วคงที่
- รถที่มีความเร็วคงที่จะมีแรงลัพธ์เป็นศูนย์: แรงขับเคลื่อน = แรงต้านรวม
- บน ทางลาด, แรงขับเคลื่อนต้องสมดุลกับส่วนประกอบของน้ำหนักตามทางลาด, $W\sin\theta$.
- การไปเร็วขึ้นทำให้มีแรงต้านมากขึ้น จึงต้องใช้แรงขับเคลื่อนมากขึ้น — และมีกำลัง (power) มากขึ้น เพราะ $P = Fv$.
บนทางลาด แรงขับเคลื่อนทำงานต้านแรงต้านและต้านส่วนหนึ่งของน้ำหนัก
汽车以更高的稳定速度巡航需要更多功率，因为阻力更大。
更高速度 → 更大阻力 → 需要更大的驱动力 → 更多功率（功率 = 力 × 速度）。
ตัวอย่างวิธีทำ: กำลังขึ้นทางลาด
รถที่มีมวล $1200\ \text{kg}$ ขึ้นทางลาดที่มีมุม $5.0^\circ$ ด้วยความเร็วคงที่ $25\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$. แรงต้านรวมมีค่า $900\ \text{N}$. จงหากำลังเอาต์พุตที่มีประโยชน์ของเครื่องยนต์
- ความเร็วคงที่ → แรงขับเคลื่อน $D$ สมดุลกับแรงทั้งหมดที่ดึงกลับ
- ส่วนประกอบของน้ำหนักตามทางลาด: $mg\sin\theta = 1200 \times 9.81 \times \sin 5.0^\circ = 1030\ \text{N}$.
- ดังนั้น $D = 900 + 1030 = 1930\ \text{N}$
- กำลัง: $P = Dv = 1930 \times 25 = 4.8 \times 10^{4}\ \text{W}$ (ประมาณ $48\ \text{kW}$).
- ตรวจสอบ: การใช้ $mg$ แทน $mg\sin\theta$ จะได้แรงขับเคลื่อนมากกว่าน้ำหนักรถทั้งคัน — เป็นไปไม่ได้บนทางลาดชันน้อย
卡车以稳定的 $20\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ 爬坡。总阻力为 $2000\ \text{N}$，其重力沿斜坡的分量为 $3000\ \text{N}$。发动机输出的有用功率是多少 kW？
稳定速度，所以驱动力为 $2000 + 3000 = 5000\ \text{N}$。功率 $P = Fv = 5000 \times 20 = 1.0 \times 10^{5}\ \text{W} = 100\ \text{kW}$。
คุณเข้าใจแล้ว
- แรงต้านเพิ่มขึ้นตามความเร็ว; แรงเสียดทานเกิดขึ้นระหว่างของแข็ง, แรงต้านมาจากของไหล
- ความเร็วสูงสุด: แรงชี้ขึ้น (แรงต้าน + แรงลอยตัว) = น้ำหนัก ดังนั้นแรงลัพธ์เป็นศูนย์และความเร็วคงที่ — ความเร่งเป็น ศูนย์, ไม่ใช่การหยุดเคลื่อนที่
- พลังงานศักย์โน้มถ่วงที่สูญเสียกลายเป็น พลังงานความร้อนของของไหล, ไม่ใช่พลังงานจลน์
- ความเร็วคงที่บนทางลาด: แรงขับเคลื่อน = แรงต้าน + $W\sin\theta$, และ $P = Fv$