Todo el mundo está intuitivamente familiarizado con el concepto de fuerza de arrastre. Cuando recorre el agua o monta en bicicleta, observa que cuanto más trabajo ejerza y más rápido se mueva, más resistencia obtendrá del agua o aire circundante, los cuales son considerados líquidos por los físicos. En ausencia de fuerzas de arrastre, el mundo podría ser tratado con jonrones de 1.000 pies en el béisbol, récords mundiales mucho más rápidos en pista y campo y autos con niveles sobrenaturales de economía de combustible.Las fuerzas de arrastre, al ser restrictivas en lugar de propulsivas, no son tan dramáticas como otras fuerzas naturales, pero son críticas en ingeniería mecánica y disciplinas relacionadas. Gracias a los esfuerzos de científicos con mentalidad matemática, es posible no solo identificar las fuerzas de arrastre en la naturaleza, sino también calcular sus valores numéricos en una variedad de situaciones cotidianas.
La ecuación de la fuerza de arrastre
Presión, en la física, se define como la fuerza por unidad de área: P = F / A . Usando "D" para representar la fuerza de arrastre específicamente, esta ecuación se puede reorganizar a D = CPA , donde C es una constante de proporcionalidad que varía de un objeto a otro. La presión sobre un objeto que se mueve a través de un fluido puede expresarse como (1/2) ρv 2 , donde ρ (la letra griega rho) es la densidad del fluido yv es la velocidad del objeto.Por lo tanto, D = (1/2) (C) (ρ) (v 2 ) (A) .Note varias consecuencias de esta ecuación: la fuerza de arrastre aumenta en proporción directa a la densidad y al área de superficie, y aumenta con el cuadrado de la velocidad. Si corre a 10 millas por hora, experimenta cuatro veces el arrastre aerodinámico como lo hace a 5 millas por hora, y todo lo demás se mantiene constante.
Fuerza de arrastre sobre un objeto que cae
Una de las ecuaciones de movimiento para un objeto en caída libre de la mecánica clásica es v = v 0 + at . En él, v = velocidad en el tiempo t, v 0 es la velocidad inicial (generalmente cero), a es la aceleración debida a la gravedad (9.8 m / s 2 en la Tierra), y t es el tiempo transcurrido en segundos. A simple vista, es claro que un objeto caído desde una gran altura caería a una velocidad cada vez mayor si esta ecuación fuera estrictamente verdadera, pero no porque descuide la fuerza de arrastre.Cuando la suma de las fuerzas que actúan sobre un objeto es cero, ya no está acelerando, aunque puede moverse a una velocidad alta y constante. Por lo tanto, un paracaidista alcanza su velocidad terminal cuando la fuerza de arrastre es igual a la fuerza de la gravedad. Puede manipular esto a través de la postura de su cuerpo, que afecta a A en la ecuación de arrastre. La velocidad terminal es de alrededor de 120 millas por hora.
Fuerza de arrastre en un nadador
Los nadadores competitivos se enfrentan a cuatro fuerzas distintas: la gravedad y la flotabilidad, que se contrarrestan entre sí en un plano vertical, y el arrastre y la propulsión, que actúan en direcciones opuestas en un plano horizontal. De hecho, la fuerza de propulsión no es más que una fuerza de arrastre aplicada por los pies y las manos del nadador para vencer la fuerza de arrastre del agua, que, como probablemente haya supuesto, es significativamente mayor que la del aire.Hasta 2010, a los nadadores olímpicos se les permitía usar trajes especialmente aerodinámicos que solo habían existido durante algunos años. El órgano de gobierno de Swimming prohibió los trajes porque su efecto era tan pronunciado que los atletas que de otra manera no tenían nada de especial (pero aún de clase mundial) estaban batiendo récords mundiales.
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