阻力(F_ext{阻})是指物体在运动过程中受到的阻碍其运动的力。阻力的大小取决于多种因素,如物体的形状、表面粗糙度、空气阻力等。阻力的计算公式通常为:
```
F_ext{阻} = 0.5 * C_d * A * ρ * V^2
```
其中:
- F_ext{阻} 是阻力大小;
- C_d 是阻力系数,它描述了物体形状对阻力的影响;
- A 是物体的迎风面积;
- ρ 是空气密度;
- V 是物体的速度。
阻力系数(C_d)是一个无单位的量,它与物体的形状和表面特性有关。例如,一个光滑的球体具有较小的阻力系数,而一个粗糙的表面或尖锐的边缘则具有较高的阻力系数。
下面给出一个具体的例子来说明阻力的计算:
假设有一个光滑的球体,其半径为1米,质量为2千克。球体以10米/秒的速度在空气中运动。空气密度约为1.225千克/立方米。我们可以使用上述公式来计算阻力:
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F_ext{阻} = 0.5 * C_d * A * ρ * V^2
```
首先,我们需要计算球体的迎风面积 A:
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A = π * r^2 = π * (1)^2 = 3.14 m^2
```
然后,我们假设球体的阻力系数 C_d 为 0.47(这是一个典型的光滑球体的阻力系数)。将已知数值代入公式中:
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F_ext{阻} = 0.5 * 0.47 * 3.14 * 1.225 * (10^2) = 18.96 N
```
所以,这个光滑球体在速度为10米/秒时所受的空气阻力大约为18.96牛顿。