В этой статье мы рассказали о том, что такое сила тяги, по каким формулам она вычисляется и как они применяются на практике.
Определение Сила тяги — это сила, воздействующая на объект и поддерживающая его движение.
Сила тяги измеряется в ньютонах (Н) и обозначается F или FT.
Сила тяги возникает благодаря разности давления воздуха над и под объектом. В момент движения объекта вниз, он сжимает воздух, создавая область повышенного давления внизу, в то время как над ним формируется зона пониженного давления. Этот дисбаланс давлений вызывает всплеск силы, направленной вверх, известной как сила тяги.
Сила тяги играет важную роль в разнообразных явлениях и технологиях от работы привычных для нас вентиляторов и лифтов до полетов самолетов и движения кораблей.
Объект, движущийся с постоянной скоростью без влияния посторонних сил, движется со скоростью v = const. Часто он находится в состоянии покоя, то есть v = 0. Такое состояние называется инерцией. Приложив силу по отношению к этому объекту, мы выведем его из состояния инерции. Таким образом, он приобретет либо ускорение, либо замедление, которое считается отрицательным ускорением. Чем больше объект, тем сложнее вывести его из состояния инерции. Отсюда следует второй закон Ньютона:
Ускорение обратно пропорционально массе объекта и прямо пропорционально интенсивности приложенной силы:
Формула F = m ⋅ a
где F — сила, m — масса, a — ускорение.
Можно проиллюстрировать принцип работы силы тяги на примере авиации. Подъемная сила, созданная крыльями самолета, основывается на принципе силы тяги. Воздух над крылом движется с большей скоростью, создавая область пониженного давления. В то время как воздух под крылом — область повышенного давления. Этот разрыв в давлении создает силу тяги, поддерживающую самолет в воздухе.
Необходимо отличать движение по инерции от равномерного движения, где сила тяги компенсируется противодействующими силами. Например, во время движения автомобиля действующий двигатель передает силу на колеса, преодолевая силы трения внутри механизмов автомобиля, сопротивление колес и воздушное сопротивление. Для расчета силы тяги в этом случае можно использовать время разгона t до достижения нужной скорости v и массу автомобиля m:
Формула
Силу тяги можно интерпретировать через понятие мощности.
Определение Мощность — это способность источника энергии выполнять работу.
Чем выше мощность, тем быстрее этот источник сможет приложить силу, достаточную для разгона объекта массой m до необходимой скорости v. В то же время, совершенная работа напрямую зависит от силы, производящей ее:
Формула A = F ⋅ s
где s — расстояние, на которое сила переместила объект.
Так как расстояние выражается через скорость и время, s = υ ⋅ t, а мощность представляет собой работу за единицу времени N = A/t, то можно составить уравнения:
Определение Ускорение свободного падения — это ускорение, с которым объект падает под воздействием силы тяжести.
Действующая на объект сила тяги связана с его ускорением свободного падения:
Формула F = m ⋅ g
где F — сила тяги, m — масса, g — ускорение свободного падения.
Следовательно, сила тяги, оказывающая воздействие на объект, пропорциональна его массе и ускорению свободного падения. При увеличении ускорения свободного падения сила тяги также увеличивается. Это явление объясняет, почему объекты с различными массами падают с различными скоростями. Более массивные объекты падают быстрее из-за большей силы тяги, действующей на них.
Пример 1
Автомобиль движется с ускорением 3 м/с². Его масса — 1,5 тонны, сила трения составляет 10% от силы тяжести. Найдите силу тяги автомобиля.
Решение:
Рассмотрим силу тяги как сумму двух сил:
Пример 2
Автомобиль массой 5 тонн начинает движение с ускорением 0,6 м/с². Вычислите силу тяги, если коэффициент сопротивления равен 0,04.
Решение:
