Zračni upor (za mlajše tečajnike)
Na cestah lahko opazimo veliko različnih avtomobilov. Tako se postavi vprašanje, zakaj so nekateri hitrejši od drugih. Razlogov za različne hitrosti je več.
Povsem očitno je, da imajo avtomobili različno močne motorje, ki so sposobni avtomobile pognati do različnih hitrosti. Avtomobilski motorji za pogon uporabljajo bencin ali dizel, nekateri celo elektriko. Kar je bolj presenetljivo pa je dejstvo, da povprečen avtomobil okoli 90% bencina porabi zgolj za premagovanje zračnega upora. Pri tem glavno vlogo igra oblika avtomobila.
S tem zanimivim eksperimentom se spoznajmo z zračnim uporom in z njim povezanimi različnimi oblikami avtomobilov
Kaj potrebuješ?
- Nekaj avtomobilčkov,
- Papir,
- Lepilni trak,
- Fen za lase.
Izvedba Eksperimenta:
- Iz papirja oblikuj ohišja različnih oblik (škatlasta oblika, oblika kapljice, trikotna oblika, itd.)
- Ohišja prilepi na avtomobilčke
- Avtomobilčke postavi pred vključen fen (z njim se naj rokuje odrasla oseba)
- Opazuj katere avtomobilčke pihanje premakne in katere ne.
Raziskovanje:
Kaj je razlika med oblikami avtomobilčkov, ki jih pihanje fena premakne in med tistimi, ki jih ne?
Zakaj se nekatere oblike ohišja, ki si jih izdelal, bolje zoprstavijo vetru?
Kakšna bi bila optimalna oz. najboljša oblika dirkalnega avtomobila – torej taka z najmanj zračnega upora?
Nemški avto iz leta 1939 (Schlörwagen) je imel eden izmed najnižjih koeficientov upornosti. To pomeni, da je bil upor zraka zelo majhen.
Razlaga:
Kot smo uvodoma navedli avtomobili v povprečju 90% energije porabijo za premagovanje zračnega upora. Zrak namreč ni prazen, in tako se ves čas, ko se premikamo skozi njega, zaletavamo v delce, ki ga sestavljamo. To je še bolj očitno pri gostejših snoveh – kot je npr. voda. Če z roko potegnemo po kopalni kadi, čutimo upor vode. Podoben upor občutimo tudi, ko skozi okno avtomobila stegnemo roko.
Avtomobili, ki so narejeni za visoke hitrosti morajo biti torej takšnih oblik, da je sila zračnega upora čim manjša. Preprosto povedano drži, da bolj kot je avtomobil škatlaste oblike, več zračnega upora bo imel. Na drugi strani pa je za zniževanje zračnega upora dobro, če je avtomobil čim bolj špičaste ali pa kapljaste oblike.
To trditev glede oblik lahko preverimo naslednjič, ko se peljemo z avtomobilom. Iztegnimo dlan skozi okno in jo najprej postavimo pravokotno na smer gibanja, nato pa še vzporedno (tako da dlan gleda proti tlem). V katerem primeru občutimo več zračnega upora?
Ni pa velik zračni upor vedno nezaželen, tako kot je pri avtomobilih. Pri padalcih npr. je ravno nasprotno. Padalci potrebujejo velik zračni upor, ki deluje na njihova padala, da ne padejo prehitro. To bi bilo namreč nevarno. Tako so za padalce začetnike izdelana padala, ki imajo večjo površino. Ta velika površina ustvari velik zračni upor, kar pomeni, da bo padalec proti tlem padal počasneje. Profesionalni padalci pa imajo manjša padala, ki imajo manjši zračni upora in tako padalci padajo hitreje.
Oblika kapljice med padanjem pri veliki hitrosti je podobna hamburgerju (in ne kapljici, kot smo jo sicer vajeni).
Še zanimivost za konec
Si vedel, da kapljica med padanjem skozi ozračje ves čas spreminja svojo obliko. Oblika se namreč prilagaja hitrosti padanja. Hitreje kot kapljica pada, večji je zračni upor. Dejansko je kaplica med padanjem (ko je hitrost velika) precej podobna hamburgerju oz. palačinki. Kapljica je torej sploščene oblike. To so ugotovili s posnetki kamer za počasne posnetke.
