Berechnung von Windstärke und Widerstandskraft auf ein fallendes Objekt

Ich versuche, die Bewegung eines Objekts (z. B. eines fallenden vertikalen Zylinders) numerisch zu integrieren. Hier gibt es eine Widerstandskraft: Der Wind "wirkt" auf den Körper (vermutlich fügt er horizontale Geschwindigkeit hinzu) und die Luft selbst verlangsamt die vertikale Bewegung.

Ist es richtig, beide Kräfte mit der Widerstandsgleichung zu berechnen, F D = 1 2 ρ v 2 C D A ? Hier nehme ich an, dass die Geschwindigkeit die relative Geschwindigkeit zwischen dem fallenden Objekt (dh anfänglich ( 0 , − 15 )   M / S ) und die "Luft" (dh ( 5 , 0 )   M / S ). Wenn das der Fall ist, wohin würde die Widerstandskraft zeigen? − v ^ R e l A T ich v e ?

Vielen Dank für Ihre Hilfe im Voraus.

Antworten (2)

Ja, die Kraft zeigt entlang des Vektors der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt und der Luft.

Quadratischer Luftwiderstand ist ein interessantes Phänomen. Sie müssen den Nettogeschwindigkeitsvektor (der eine horizontale und vertikale Komponente enthält) und die Kraft entlang dieser Achse berechnen; Wenn Sie es dann in horizontale und vertikale Komponenten zerlegen, werden Sie feststellen, dass der vertikale Luftwiderstand aufgrund des Seitenwinds größer ist. Dies ist kein intuitives Ergebnis!

Vielen Dank! Eine andere Frage: Bei der Berechnung des Referenzbereichs sagt Wikipedia, dass es sich um eine "orthografische Projektion des Objekts - auf einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung" handelt. Hier ist die Bewegungsrichtung die relative Geschwindigkeit zwischen dem Objekt und dem Wind, richtig? Danke!
Ja, das ist richtig. Im Falle eines Höhenzylinders H und Radius R , wenn der scheinbare Wind schräg steht θ zur Vertikalen ist die projizierte Fläche A = π R 2 cos ⁡ θ + 2 R H Sünde ⁡ θ (mache das in meinem Kopf, denke, es ist richtig ... zeichne dir ein Diagramm). Übrigens kann aufgrund der Asymmetrie in Bezug auf die Richtung des Luftstroms ein gewisses Drehmoment auf das Objekt wirken, aber ich gehe davon aus, dass Sie das vernachlässigen können. Dies ist ein Grund, warum Waffen ein Gewehr haben, damit sich die Kugel dreht (ihre Flugbahn bei diesem Drehmoment stabil hält).

"Der vertikale Luftwiderstand ist größer" Könnte das "Auftrieb" sein?

Die vertikalen und horizontalen Geschwindigkeitskomponenten erzeugen tatsächlich einen höheren Nettogeschwindigkeitsvektor, aber die vertikalen und horizontalen kinetischen Energiekomponenten haben auch eine Geschwindigkeitsquadratfunktion.

Interessanterweise würde, wenn Sie ein nicht angetriebenes Objekt bei einem Seitenwind von 2 mph von einem Turm fallen lassen, seine horizontale Komponente durch Ziehen auf Geschwindigkeit = 0 relativ zur Luftmasse "verlangsamen" und weiter vertikal auf seine Endgeschwindigkeit und seinen Aufprall fallen . Die horizontale Widerstandskomponente des Objekts geht relativ zur Luftmasse auf Null, aber es wird beim Aufprall eine horizontale Energiekomponente Geschwindigkeit = 2 mph relativ zum Boden haben.

Wenn die aerodynamischen Kräfte reiner Widerstand gegen kinetische Energie wären, sollten wir in der Lage sein, uns zu zersetzen. Hier geht es möglicherweise um etwas anderes, das im Kern von "Wann wird ein fallendes Objekt zu einem Segelflugzeug" liegt?

Berechnung von Windstärke und Widerstandskraft auf ein fallendes Objekt
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