Osnovi teorije skoka
Otpor vazduha Vazduh karakteriše određena masa, pritisak i gustina.Telo koje se kreće kroz vazduh prima na sebe udare sićušnih čestica , povlači za sobom deo vazduha ,to jest troši energiju u svom kretanju , savladjujući pri tom otpor vazduha.Ukoliko je sredina u kojoj se telo kreće gušća utoliko će otpor biti veći.
Otpor oblih predmeta je manji od onih sa uglovima. Hrapava površina izaziva veće trenje pa prema tome i veći otpor vazduha od izglačane.
Najvažnije posledice stvorene otporom vazduha su vihori koji se obrazuju oko tela. Kod tela koje vazdušne čestice dobro opstrujavaju , vihori se stvaraju samo iza njega; kod tela sa uglovima oko kojih je opstrujavanje vazduha loše , vihori se obrazuju po celoj površini. Takva slika opticanja naziva se Spektrom opticanja tela i može se dobiti slika kada oko tela struji vazduh koji je obojen ili dim.
Tela koja izazivaju veliko stvaranje vihora uvek trpe veći otpor vazduha , kao na primer ravna ploča.
Sa povećanjem razmera tela raste i njegov otpor , koji uglavnom zavisi od poprečne razmere tela. Zbog toga je razmera tela, odnosno površina najvećeg poprečnog preseka jedan od najvažnijih faktora otpora vazduha.
Otpor vazduha tesno je vezan sa brzinom kretanja, pri tome je sve jedno da li se telo kreće kroz nepokretni vazduh ili vazduh struji oko nepokretnog tela. Ispitivanja su pokazala da za dvostruko povećanje brzine, otpor tela raste četiri puta, za trostruko- devet ,i tako dalje. Znači, otpor je proporcionalan kvadratu brzine.
Otpor vazduha usmeren u pravcu suprotnom kretanju tela naziva se ČEONIM OTPOROM i izračunava se po formuli
Q= ½ CSV2 q gde je: Q –sila čeonog otpora u kg.
C – kojeficijent otpora
S – najveća površina poprečnog preseka tela
V – brzina kretanja
q – gustina vazduha
Koeficijent otpora vazduha Ako oblik tela dopušta pravilno opstrujavanje tela bez vihora, kojeficijent otpora biće manji; ako telo ima oštre ivice i hrapavu površinu, onda je opstrujavanje loše i otpor raste.
Koeficijent otpora ( C ) zavisi od oblika tela i hrapavosti površine.
Koeficijent otpora vazduha određuje se ispitivanjem u aerodinamičkim tunelima. U uskom delu tunela , gde je brzina strujanja najveća postavlja se telo koje se ispituje. Ono se pričvršćuje za specijalni držač , spojen sa sudom za tegove kojima se meri sila otpora vazduha. Znajući poprečne razmere tela koje se ispituje , gustinu i brzinu vazdušne struje koja ga opstrujava i izmerivši po težini veličinu čeonog otpora- lako je izračunati koeficijent otpora vazduha. Za ispitivanje velikih predmeta potrebni su veliki aerodinamički tuneli. Zbog toga se u većini slučajeva ispituju njihovi modeli. Ovo je moguće zbog toga što tela jednakih oblika imaju podjednake koeficijente otpora. Zato je potrebno kod ispitivanja modela da se za isto toliko puta poveća i brzina strujnica za koliko je predmat umanjen.
Ako znamo koeficijent otpora vazduha različitih tela , lako je izračunati silu otpora koju ona trpe pri kretanju određenom brzinom.
Padobranac pri slobodnom padu trpi znatan otpor vazduha . Koeficijent padobranca zavisi od razmere i položaja njegovog tela . Kod vertikalnog padanja padobranca, glavom naniže, sa čvrsto priljubljenim padobranom i skupljenim rukama – njegov koeficijent je minimalan i približno dvostruko manji nego pri padanju pljoštimice sa raširenim nogama i rukama.
Obzirom na to da se pri promeni položaja tela ne menja samo njegov oblik u odnosu na struju vazduha već i njegov presek, te presek možemo smatrati nepromenjivim, a njegove promene uzeti u obzir pri izmeni koeficijenta otpora. Kao siguran i dovoljno pouzdan razmer tela uzimamo rast.
Tako se otpor padobranca može izraziti formulom:
Q=1/2 CL2V2q gde je: - L rast padobranca u metrima
Minimalna vrednost koeficijenta otpora padobranca ( sa skupljenim rukama i nogama i glavom vertikalno na niže ) iznosi: Cmin= 0,15.
Maksimalna vrednost kojeficijenta otpora padobranca ( u položaju licem ka zemlji sa raširenim nogama i rukama) iznosi: C max= =0,30
Stvaranje vihora na okrugloj kupoli padobrana nešto je manje nego kod ploče, ali zato ovde centralni deo strujanja vazduha dodiruje unutrašnju površinu kupole, što doprinosi povećanju otpora. Zato je kojeficijent otpora padobrana blizak kojeficijentu otpora ravne ploče. Ako su površine kupole padobrana i ploče jednake, onda će otpor ploče biti veći pošto je njen prečnik ravan površini, a prečnik padobrana je znatno manji od njegove površine. Sužavanje kupole padobrana , to jest odnos prečnika pune kupole prema prečniku raširenog padobrana zavisi od oblika kroja , dužine konopaca i drugih uzroka. Stvarni prečnik kupole u vazduhu teško je izračunati i izmeriti. Zato se pri izračunavanju otpora padobrana ne uzima uvek prečnik , nego površina kupole – tačno poznata veličina za svaki tip padobrana.
Na taj način, koeficijent otpora , izračunat prema površini biće manji od koeficijenta izračunatog prema prečniku. Na primer, za okrugli padobran od svile, koeficijent otpora u odnosu na površinu kupole iznosi približno C= 0,80. Dok koeficijent u otpora u odnosu na prečnik iznosi približno C= 1,20. U praksi se koristi koeficijent otpora kupole u odnosu na površinu a ne u odnosu na njen prečnik. Padobran koji ima kupolu u obliku kvadrata ima koeficijent otpora oko 0,90.
Tela različitog oblika imaju i različit koeficijent otpora:
Ravna ploča | 1,28 |
Ugnuta polulopta | 1,40-1,44 |
Lopta | 0,30 |
Padobran | 0,80-1,30 |
Ispupčena polulopta | 0,34-0,36 |
Kapljasti oblik | 0,065 |