Astronomia

L'aria/gas può essere rallentata dall'attrito?

L'aria/gas può essere rallentata dall'attrito?

Il vento/aria che si muove a velocità media può essere rallentato dalla causa dell'attrito? Inoltre, le bolle d'aria nell'acqua possono essere rallentate a causa di? Attrito? Si prega di citare le vostre fonti.


Sì, aria e gas sono rallentati dall'attrito poiché hanno una viscosità diversa da zero. Da wikipedia:

La viscosità può essere concettualizzata come la quantificazione della forza di attrito interna che sorge tra strati adiacenti di fluido che sono in movimento relativo.

Sì, le bolle d'aria nell'acqua vengono rallentate dall'attrito poiché l'acqua ha una viscosità diversa da zero. Dai un'occhiata a questo esperimento su YouTube che mostra i tassi di aumento delle bolle tra fluidi con varie viscosità.


Velocità terminale

Consideriamo ora una legge di forza meccanica per i fluidi. (Per fluido intendiamo un gas o un liquido.) Questa legge descrive una forza esercitata su un oggetto che si muove attraverso un fluido. Come le leggi dei solidi, le leggi dei fluidi sono empiriche. La fisica dei fluidi sarà sviluppata nel capitolo 16 . Qui ci interessa solo il moto di oggetti soggetti a forze esercitate dai fluidi. Prenderemo questa legge ed esploreremo le sue conseguenze usando le leggi di Newton.

La dimensione, la forma e l'orientamento di un oggetto determinano la forza fluida su quell'oggetto. Nuotatori e paracadutisti cambiano forma e orientamento piegando, torcendo e muovendo braccia e gambe. Ciò consente loro di manipolare le forze del fluido e di conseguenza di controllare la loro velocità e direzione del movimento. Le espressioni per le leggi dei fluidi sono le più semplici per le sfere. Pertanto limiteremo le nostre considerazioni allo studio delle forze fluide agenti su una sfera.

Nebbia e foschia sono raccolte di minuscole goccioline d'acqua. Un attento esame rivela che queste goccioline cadono molto lentamente. L'effetto del trascinamento sulla velocità delle gocce è grande rispetto all'effetto del trascinamento sulla mela che cade di Newton. Alle basse velocità delle gocce d'acqua la forza di trascinamento è ben rappresentata da Legge di Stokes. Questa legge esprime la resistenza, FD, su una sfera di raggio r muovendosi con velocità come

dove (greco eta) è una quantità empirica chiamata viscosità. La viscosità, di cui parleremo nel Paragrafo 15.7, è l'analogo fluido del coefficiente di attrito dinamico. L'unità SI della viscosità è chilogrammi per metro al secondo (kg/m · s).

Considera il movimento verticale di una goccia di nebbia soggetta alle forze di gravità e trascinamento. Le goccioline iniziano a muoversi da ferme. Dopo un po' acquisiscono una velocità ν verso il basso. Due forze agiscono sulla goccia. il suo peso, mg, è verso il basso e la resistenza, 6πηrν, è verso l'alto. L'accelerazione della goccia verso il basso è determinata dalla seconda legge di Newton

Forse la caratteristica più sorprendente di questo risultato è la dipendenza dalla velocità. Gli oggetti in caduta libera condividono un'accelerazione comune g. L'accelerazione della goccia (vedi Figura 6.16 ) è g inizialmente (ν = 0), ma poi scende a zero. La velocità aumenta fino a quando le due forze diventano uguali in grandezza. A questo punto la velocità è al massimo chiamata velocità terminale, ν T. Ambientazione un = 0 nell'eq. 6.15 si ottiene per la velocità terminale

Figura 6.16. L'accelerazione di una goccia di nebbia, un, viene tracciato in funzione della sua velocità, . Inizialmente ν = 0 e l'accelerazione della goccia è uguale a g. Quando la velocità raggiunge la velocità terminale,T, l'accelerazione è stata ridotta a zero.

Vediamo da questa relazione che la velocità terminale di un oggetto è proporzionale alla massa dell'oggetto! Più un oggetto è massiccio, più velocemente cade attraverso un fluido.

Per determinare la dipendenza dalla dimensione della velocità terminale introduciamo la densità di massa, ρ,

dove il termine tra parentesi è il volume della goccia. Sostituendo questa espressione per m nell'eq. 6.16 rendimenti

La velocità terminale di una sfera di un dato materiale (fissa ) varia direttamente con il quadrato del raggio. Ad esempio, raddoppiare il raggio produce un aumento di quattro volte della velocità terminale.

Velocità di una goccia di nebbia che cade

Usando un microscopio troviamo che il raggio di una piccola goccia di nebbia è 5,1 × 10 -6 m, o circa cinque millesimi di millimetro (0,005 mm). (Questo raggio, tipico delle goccioline che si trovano nella nebbia e nelle nuvole, è circa un decimo del raggio della più piccola goccia visibile all'occhio umano.) Possiamo usare questa misura per ottenere la velocità di assestamento della goccia, assumendo che Stokes' vale la legge (per l'aria, η = 1,90 × 10 −5 kg/m · s).

Iniziamo con l'eq. 6.17 perT.

Usando ρ = 10 3 kg/m 3 per l'acqua, si ottiene

Una goccia che cade con questa velocità richiede 37 s per cadere 1 m.

Ti aspetteresti che gli elastici obbediscano alla legge di Hooke? Spiegare.

Un articolo di giornale riporta che è stato scoperto un materiale utile per la fabbricazione di molle che eserciteranno una forza di richiamo proporzionale al quadrato del loro spostamento dall'equilibrio. Può una sorgente avere questa proprietà? Spiegare.

Spiega perché l'azione frenante di un'auto è minore se l'auto sbanda di quanto lo sia se l'auto non sbanda ma è sul punto di sbandare.

Quali metodi utilizzano i dipartimenti autostradali per modificare il coefficiente di attrito tra la strada e gli pneumatici delle automobili? Che effetto ha il tempo sul coefficiente di attrito? Quali metodi sono a disposizione dei proprietari di auto per modificare il coefficiente di attrito?

Cosa impedisce generalmente alle gocce di pioggia di diventare grandi come chicchi di grandine?


Risposte e risposte

Ehm, attrito statico vs attrito dinamico ??

FWIW, ho usato la tecnica correlata per spostare i nostri enormi banchi da laboratorio in acciaio. Ho preso "Tre ragazzi grandi" o semplicemente mi magro. Il trucco era usare la leggera flessibilità del telaio della panca. Tiravo una panca, poi calciavo la gamba più vicina per avviarla. La panca si contorceva, le sue gambe diventavano pendoli e io la "camminavo" lungo il corridoio senza ulteriori indugi.

Non posso parlare per @Nik_2213 , ma sì, le vibrazioni non consentono all'attrito di entrare nell'intervallo statico, che con pochissime eccezioni è superiore all'attrito dinamico.

Nella maggior parte dei casi è molto più difficile far muovere due superfici contro ciascuna piuttosto che mantenerle in movimento.

Ci sono altre cose in gioco alla velocità: aria/gas intrappolati, eventualmente lubrificante in fase di vaporizzazione, variazioni di viscosità del lubrificante dovute a pressione/temperatura, riscaldamento superficiale. altri.

Credo, tuttavia, che tu stia guardando un caso speciale ben documentato di esperimento statico contro attrito dinamico.

Stavo scavando di più e ho visto questa spiegazione sulla scheda tecnica del produttore di lame ad ultrasuoni. Diceva che "Poiché il corno (la lama) vibra a una frequenza così elevata, interrompe le molecole d'aria attorno ad esso causando un effetto bozzolo. Questo effetto bozzolo elimina virtualmente l'adesione del prodotto". Questo suona plausibile? Come lo descriverei come un fenomeno fisico?

Allegati

La modalità di oscillazione determinerà il principio impiegato per tagliare.

1. Semplice oscillazione verticale, sta tagliando. Sostituisce l'attrito statico con l'attrito dinamico, può introdurre un bozzolo d'aria.

2. L'oscillazione lungo la lunghezza della lama, è affettare. Converte l'attrito statico in dinamico, ma introduce meno aria.

3. Oscillazione laterale, apertura del taglio e introduzione dell'aria. Sarà disordinato.

Le fessure della fresa mi sembrano lì per incoraggiare la modalità di oscillazione verticale
La qualità del taglio può dipendere dal fatto che il coltello rimane pulito, il che riduce l'adesione.

Può essere o meno l'effetto principale, ma tirare o spingere un coltello longitudinalmente mentre avanza in un taglio ha un risultato utile. La forza di attrito del materiale sul piano del coltello ha una grandezza più o meno fissa. Tale attrito agisce in senso opposto alla direzione del moto relativo. Se il coltello si muove principalmente longitudinalmente, questo attrito dinamico agisce principalmente longitudinalmente. Si riduce la componente di attrito che agisce poi per contrastare l'avanzamento del coltello nel taglio.

La vibrazione ha un vantaggio rispetto alle corse lunghe perché elimina la necessità di sostenere il materiale contro la forza di attrito longitudinale. L'inerzia del materiale fa il lavoro.

Una vibrazione verticale dentro e fuori il taglio avrebbe più o meno lo stesso effetto. La media temporale delle forze di attrito momentaneamente verso l'alto e momentaneamente verso il basso può mediare in qualcosa di piuttosto piccolo, anche se il movimento netto è in media verso il basso.


L'aria/gas può essere rallentata dall'attrito - Astronomia

La resistenza è la forza aerodinamica che si oppone al movimento di un aereo nell'aria. La resistenza è generata da ogni parte dell'aereo (anche i motori!). Come viene generata la resistenza?

Il trascinamento è un forza meccanica. È generato dall'interazione e dal contatto di un corpo solido con un fluido (liquido o gas). Non è generato da un campo di forza, nel senso di un campo gravitazionale o un campo elettromagnetico, dove un oggetto può influenzare un altro oggetto senza essere in contatto fisico. Per generare resistenza, il corpo solido deve essere a contatto con il fluido. Se non c'è fluido, non c'è resistenza. La resistenza è generata dalla differenza di velocità tra l'oggetto solido e il fluido. Deve esserci movimento tra l'oggetto e il fluido. Se non c'è movimento, non c'è trascinamento. Non fa differenza se l'oggetto si muove attraverso un fluido statico o se il fluido si muove oltre un oggetto solido statico.

La resistenza è una forza ed è quindi una quantità vettoriale avente sia una grandezza che una direzione. Il trascinamento agisce in una direzione opposta al movimento dell'aereo. L'ascensore agisce perpendicolarmente al movimento. Ci sono molti fattori che influenzano l'entità della resistenza. Molti dei fattori influenzano anche la portanza, ma ci sono alcuni fattori che sono unici per la resistenza degli aerei.

Possiamo pensare alla resistenza come attrito aerodinamico e una delle fonti di resistenza è l'attrito della pelle tra le molecole dell'aria e la superficie solida dell'aereo. Poiché l'attrito della pelle è un'interazione tra un solido e un gas, l'entità dell'attrito della pelle dipende dalle proprietà sia del solido che del gas. Per il solido, una superficie liscia e cerata produce meno attrito della pelle rispetto a una superficie ruvida. Per il gas, la grandezza dipende dalla viscosità dell'aria e dalla grandezza relativa delle forze viscose al moto del flusso, espressa come numero di Reynolds. Lungo la superficie solida, viene generato uno strato limite di flusso a bassa energia e l'entità dell'attrito della pelle dipende dalle condizioni nello strato limite.

Possiamo anche pensare alla resistenza come resistenza aerodinamica al movimento dell'oggetto attraverso il fluido. Questa fonte di resistenza dipende dalla forma del velivolo ed è chiamata resistenza di forma. Quando l'aria scorre intorno a un corpo, la velocità e la pressione locali cambiano. Poiché la pressione è una misura della quantità di moto delle molecole di gas e una variazione della quantità di moto produce una forza, una distribuzione variabile della pressione produrrà una forza sul corpo. Possiamo determinare l'entità della forza integrando (o sommando) la pressione locale per l'area della superficie intorno all'intero corpo. La componente della forza aerodinamica che si oppone al moto è la resistenza la componente perpendicolare al moto è la portanza. Sia la portanza che la forza di trascinamento agiscono attraverso il centro di pressione dell'oggetto.

C'è un ulteriore componente di resistenza causato dalla generazione di portanza. Gli aerodinamici hanno chiamato questo componente la resistenza indotta. È anche chiamato "trascinamento dovuto al sollevamento" perché si verifica solo su ali finite che si sollevano. La resistenza indotta si verifica perché la distribuzione della portanza non è uniforme su un'ala, ma varia dalla radice alla punta. Per un'anta sollevabile, c'è una differenza di pressione tra le superfici superiore e inferiore dell'anta. I vortici si formano alle punte delle ali, che producono un flusso vorticoso che è molto forte vicino alle punte delle ali e diminuisce verso la radice dell'ala. L'angolo di attacco locale dell'ala è aumentato del flusso indotto del vortice di punta, conferendo una componente aggiuntiva, rivolta a valle, alla forza aerodinamica che agisce sull'ala. La forza si chiama resistenza indotta perché è stato "indotto" dall'azione dei vortici di punta. L'entità della resistenza indotta dipende dalla quantità di portanza generata dall'ala e dalla distribuzione della portanza attraverso la campata. Le ali lunghe e sottili (per le corde) hanno una bassa resistenza indotta Le ali corte con una corda larga hanno un'elevata resistenza indotta. Le ali con una distribuzione ellittica della portanza hanno la minima resistenza indotta. I moderni aerei di linea utilizzano le alette per ridurre la resistenza indotta dell'ala.

Due ulteriori fonti di resistenza sono trascinare l'onda e trascinare l'ariete. Quando un aereo si avvicina alla velocità del suono, si generano onde d'urto lungo la superficie. Le onde d'urto producono una variazione della pressione statica e una perdita di pressione totale. La resistenza delle onde è associata alla formazione delle onde d'urto. L'entità della resistenza dell'onda dipende dal numero di Mach del flusso. La resistenza del pistone viene prodotta quando l'aria a flusso libero viene portata all'interno dell'aeromobile. I motori a reazione portano l'aria a bordo, mescolano l'aria con il carburante, bruciano il carburante, quindi scaricano i prodotti della combustione per produrre la spinta. Se osserviamo l'equazione di base della spinta, c'è un flusso di massa per il termine della velocità di ingresso che viene sottratto dalla spinta lorda. Questo termine di "spinta negativa" è la resistenza dell'ariete. Anche le prese di raffreddamento sull'aereo sono fonti di trascinamento del pistone.

Puoi vedere un breve filmato di "Orville e Wilbur Wright" che parla della forza di resistenza e di come ha influenzato il volo dei loro aerei. Il file del filmato può essere salvato sul tuo computer e visualizzato come podcast sul tuo lettore di podcast.


Cos'è l'aerofagia?

La semplice definizione di aerofagia è quando ingerisci troppa aria nel tratto gastrointestinale. Il termine di solito si riferisce alla deglutizione dell'aria inconsciamente ea livelli abbastanza alti da causare problemi gastrointestinali.

La maggior parte delle persone ingerisce un po' d'aria quando parla, mangia o beve. Ma nei casi di aerofagia, la quantità di aria ingerita è così grande che può causare gonfiore addominale, dolore intestinale ed eruttazione eccessiva, eruttazione o singhiozzo.

La maggior parte dell'aria ingerita viene solitamente espulsa, ma con l'aerofagia l'aria può passare regolarmente dallo stomaco all'intestino tenue. Quando ti corichi per dormire la notte, è probabile che questa quantità aumenti in modo significativo.

Una volta che quest'aria è nel tratto gastrointestinale, quella che non viene assorbita nell'intestino tenue (principalmente ossigeno), deve andare da qualche parte. Questo passaggio porta spesso a gonfiore addominale e crampi intestinali dolorosi.


4. Prese d'aria di ritorno insufficienti

Un tipico sistema HVAC ad aria forzata è progettato per un sistema a circuito chiuso. In un mondo perfetto, produce una certa quantità d'aria e quell'aria è distribuita in tutta la casa in modo che la stessa quantità d'aria venga restituita dalla casa, condizionata e poi ridistribuita.

Ogni area che riceve una quantità d'aria misurata dovrebbe anche essere in grado di restituire la stessa quantità d'aria al sistema. Se il reso non è sufficiente:

È un concetto simile a quello di soffiare in una cannuccia: finché entrambe le estremità sono aperte, puoi soffiare tutta l'aria consentita dalla dimensione della cannuccia. Ma non appena si limita un'estremità, la quantità di aria che può passare attraverso la cannuccia diventa limitata. Chiudi completamente un'estremità e la quantità di aria che puoi insufflare diventa finita!

Hai problemi di riscaldamento e raffrescamento in casa tua? Chiama oggi National Heating and Air Conditioning al (513) 621-4620 per saperne di più sui nostri servizi HVAC a Cincinnati, Ohio!


5 risposte 5

Se l'auto ha una trasmissione a variazione continua ideale (in modo che il motore possa sempre erogare tutta la sua potenza alle ruote) e pneumatici infinitamente appiccicosi (in modo che non girino all'inizio), e non consideri la resistenza o qualsiasi altro fattore del mondo reale, l'energia cinetica dell'auto aumenta a una velocità costante. Quel tasso è la potenza del motore. La velocità aumenterebbe proporzionalmente a $sqrt t$, quindi ci vorrebbe esattamente tre volte il tempo (anche tre volte tanto gas/aria) per andare da 50 mph a 100 mph rispetto a passare da 0 mph a 50 mph.

Anche con tutti i fattori del mondo reale aggiunti di nuovo - resistenza all'aria, trasmissione, pneumatici, ecc. - il fatto che un'auto che va a 100 mph ha quattro volte l'energia cinetica di una che va a 50 mph è un fattore importante nel perché impiega molto più tempo per andare 50-100 rispetto a 0-50. I motori possono girare solo così velocemente: non puoi raggiungere i 100 mph in prima marcia. Quando si cambia marcia, il motore eroga ancora la stessa quantità di potenza, ma il rapporto di trasmissione più alto significa che la forza trasmessa alla strada è inferiore. Molte auto possono trasmettere una forza sufficiente a far slittare le ruote motrici sull'asfalto in prima marcia. Pochissimi possono farlo in quinta marcia (o anche in terza). Quindi, quando ti avvicini a 100 mph, la tua accelerazione è molto inferiore rispetto a quando hai iniziato. La resistenza dell'aria aumenta solo l'effetto.

No. Ci sono altre forze opposte non linearmente correlate, come ad esempio l'attrito del cuscinetto. E l'attrito tra il pneumatico e la strada.

Consideriamo la logica nella tua domanda rispetto alla fisica. Data nessuna resistenza dell'aria dall'aria, nessuna resistenza interna del motore, nessuna resistenza delle parti del sistema di trasmissione:

  • "Per arrivare da 0 a 50 m/s ci vuole una certa quantità di forza. Per arrivare da 50 a 100 ci vuole uguale forza in eguale tempo, ma richiede più energia. " Questo è vero. Accelerazione = Forza/Massa. A forza e massa costanti, l'accelerazione rimane la stessa. Tempo = (cambio di velocità)/accelerazione, quindi il tempo è lo stesso. Distanza = (velocità media) x tempo, e la velocità media aumenterà e, di conseguenza, la distanza percorsa. Energia = Forza x Distanza, quindi l'energia richiesta aumenterà.
  • ". quindi ci vorrebbe più ingresso di gas per la seconda metà, il che significa che la forza diminuirebbe lentamente mentre accelera portando a un tempo più lungo necessario per raggiungere la velocità se l'ingresso di gas non fosse cambiato. " Bene, supponiamo che la forza rimanga la stessa , perché generalmente può. Tuttavia, l'input di benzina al secondo dovrebbe aumentare perché la massa dell'auto viene spinta a una distanza maggiore per unità di tempo durante l'accelerazione di 50-100 m/s. La forza agisce su una distanza maggiore.
  • La morale della favola è che lo spostamento sotto forza (in questo caso richiesto per vincere la tendenza della massa dell'auto a resistere all'accelerazione) richiede energia. Se non c'è forza resistente da superare, non è richiesta energia durante la crociera (velocità costante). Questo è il fascino di Hyperloop.

Per il caso che include la resistenza dell'aria, le perdite per attrito del motore, le perdite della trasmissione, è facile dimostrare che la resistenza dell'aria e le perdite per attrito sono maggiori a una velocità maggiore.

Un'equazione alternativa per la potenza è $P=Fv$. Se la potenza del motore è costante, all'aumentare della velocità, la forza sull'auto deve diminuire. Secondo la 2a legge di Newton, $F=ma$, il che significa che l'accelerazione diminuisce all'aumentare della velocità. Ciò significa che l'auto impiegherà più tempo per passare da 50 m/s a 100 m/s di quanto impiegherà per passare da 0 m/sa 50 m/s.

Considera un esperimento mentale che penso attirerà la tua intuizione.

Hai un'auto sulla strada e sul tetto hai una piattaforma estremamente lunga (come una pista di una portaerei), con un'altra auto su quella pista. Entrambe le auto viaggeranno nella stessa direzione.

Ignoreremo la sfida ingegneristica di questo e supporremo che la pista supportata dall'auto inferiore sia sufficientemente lunga da consentire all'auto superiore di percorrere una certa distanza lungo di essa. Trascureremo anche qualsiasi effetto di trascinamento causato dall'aria o da parti meccaniche e supporremo che la pista sia più o meno senza peso (quindi le uniche cose con un peso sostanziale sono le auto e i piloti al loro interno).

Ora il conducente dell'auto inferiore punta i piedi e porta l'intera configurazione fino a 50 miglia all'ora (ovviamente, portare il peso di entrambe le auto significa che brucia il doppio del carburante in questo passaggio). Quindi ora entrambe le auto stanno viaggiando a 50 miglia all'ora rispetto al suolo e l'auto superiore sta viaggiando a zero miglia all'ora rispetto alla pista.

Essendo in un ambiente senza trascinamento, l'intera configurazione navigherà a 50 miglia all'ora senza ulteriore apporto di energia: il guidatore inferiore potrebbe spegnere il motore, se lo desidera, ed entrambe le auto salperebbero verso il tramonto.

Passiamo ora al conducente nell'auto superiore sulla pista. Dal momento che sta già facendo 50 miglia all'ora rispetto al suolo, ne consegue che può abbassare i piedi e quando raggiungerà le 50 miglia all'ora sulla pista, farà 100 miglia all'ora rispetto al suolo, sì?

Quindi l'auto superiore parte. Ma quando mette i piedi a terra, l'auto inferiore che trasporta la pista rallenta rispetto al suolo quasi quanto l'auto superiore guadagna rispetto alla pista! È come se la pista stesse scivolando fuori da sotto di lui, in modo che quando arriva a 50 miglia all'ora rispetto alla pista, la pista stessa (e l'auto inferiore) ha fermato rispetto al suolo, e quindi il guidatore superiore sta ancora facendo solo 50 miglia all'ora rispetto al suolo!

In altre parole, l'intero input di energia dal motore della vettura superiore, anche se sta sfrecciando lungo la pista a 50mph, è andato in rallentando la pista mentre l'auto superiore ha mantenuto la sua velocità costante rispetto al suolo. Ha tenuto il piede abbassato per diversi secondi e non ha guadagnato alcuna velocità extra rispetto al suolo!

Ciò che mostra è che, una volta che il guidatore inferiore ha portato l'intera configurazione a 50 miglia all'ora, affinché l'auto superiore acceleri rispetto al suolo, tutti e due i conducenti devono tenere il piede sull'acceleratore in quantità uguali - l'auto superiore mette il piede sull'acceleratore per spostarsi lungo la pista, e il pilota inferiore preme sull'acceleratore per assicurarsi che l'auto inferiore che sostiene la pista mantenga la sua velocità di 50 miglia all'ora rispetto al suolo, contro la spinta delle ruote della carrozza superiore. Quindi ora hai due motori che funzionano allo stesso modo, solo per accelerare l'auto (superiore) (il motore dell'auto inferiore deve funzionare esclusivamente per mantenere la sua velocità contro le forze esercitate dalla vettura superiore contro la pista).

In teoria senza trascinamento, le auto potrebbero essere ingranate in modo tale da accelerare quasi all'infinito, ma ogni volta che il motore viene ulteriormente sovraccaricato dal cambio, la quantità di coppia alle ruote si riduce, in modo che alla fine la loro accelerazione (nonostante sia a tutto gas) rallenterà fino a un passo infinitesimale, perché il motore ha una potenza massima fissata.

E da qualche parte in questo scenario, c'è la spiegazione del perché ci vuole molto più carburante per andare da 50mph a 100mph, come per andare da 0mph a 50mph. E infatti, da 0 mph a una data velocità, ogni raddoppio della velocità richiede il doppio dell'energia ancora, come l'energia necessaria per raggiungere la velocità già acquisita.

Quindi arrivare a 50 mph non richiede 50 volte l'energia necessaria per arrivare a 1 mph - ci vuole milioni di volte più energia di quella che serve per arrivare a 1mph.

Il beneficiario di tutto questo apporto di energia extra è la crosta terrestre stessa, che viene ceduta di nuovo (principalmente al calore e alla degradazione chimica e strutturale delle pastiglie e dei dischi dei freni) quando l'auto frena con forza.

Sembra una situazione controintuitiva, ma è del tutto familiare alla nostra esperienza quotidiana. Ci vuole il doppio dell'energia per alzarsi a un ritmo di corsa rispetto a quando si cammina, e il doppio per fermarsi di nuovo (dal momento che gli umani non hanno "parti frenanti" separate come le auto, e per lo più devono essere fatte con la forza muscolare).

È semplicemente per convenzione che usiamo tachimetri lineari piuttosto che logaritmici, in modo che un aumento lineare della velocità numerica comporti un aumento esponenziale dell'energia. Altri aspetti dei sensi umani sono simili - per esempio, con il nostro udito, un raddoppio nella percepito volume di un suono, in realtà comporta un aumento esponenziale della potenza dell'onda sonora.


Calcolo della resistenza dell'aria:

La resistenza dell'aria viene solitamente calcolata utilizzando l'equazione “drag”, che determina la forza subita da un oggetto che si muove attraverso un fluido o un gas a una velocità relativamente grande. Questo può essere espresso matematicamente come:

In questa equazione, FD rappresenta la forza di trascinamento, p è la densità del fluido, v è la velocità dell'oggetto rispetto al suono, UN è l'area della sezione trasversale, e CD è il coefficiente di resistenza. Il risultato è quello che viene chiamato “resistenza quadratica”. Una volta determinato questo, il calcolo della quantità di potenza necessaria per superare la resistenza comporta un processo simile, che può essere espresso matematicamente come:

Qui, Pd è la potenza necessaria per vincere la forza di trascinamento, Fd è la forza di resistenza, v è la velocità, p è la densità del fluido, v è la velocità dell'oggetto rispetto al suono, UN è l'area della sezione trasversale, e CD è il coefficiente di resistenza. Come mostra, il fabbisogno di potenza è il cubo della velocità, quindi se ci vogliono 10 cavalli per andare a 80 km/h, ci vorranno 80 cavalli per andare a 160 km/h. In breve, un raddoppio della velocità richiede un'applicazione di otto volte la quantità di potenza.

Un F-22 Raptor che raggiunge una velocità abbastanza alta da ottenere un boom sonico. Credito: Strangesounds.org


2 metodi e materiali

Abbiamo eseguito CO . diretta2/Misure di flusso DMS a bordo del camper Sonne navigazione da Durban, SA a Port Louis, MU (SO 234-2, 8-20 luglio 2014) e da Port Louis, MU a Malé, MV (SO 235, 23 luglio-8 agosto 2014). Il percorso di crociera è mostrato nella Figura 1. Inoltre, abbiamo registrato le concentrazioni di CO . nell'aria e nell'acqua di mare2 e DMS. Le osservazioni meteorologiche di base sono state effettuate dalla stazione meteorologica automatizzata della nave. Abbiamo utilizzato l'algoritmo 3.5 NOAA COARE (National Oceanic and Atmospheric Administration) per descrivere lo stato dello strato limite. La velocità del vento utilizzata in tutto il testo è misurata dalla stazione meteorologica della nave e quindi ricalcolata dai parametri di stabilità di COARE per tu10n (Figura 2).

2.1 Eddy Covarianza

(11)

Abbiamo corretto le misurazioni del vento per il movimento della nave in base a Edson et al. (1998) e Miller et al. (2010). Abbiamo anche incluso l'adattamento planare e l'aggiornamento della distorsione del flusso di Landwehr et al. (2015). Ulteriori informazioni sulla correzione del movimento sono disponibili nelle informazioni di supporto. Le accelerazioni lineari richieste, le velocità angolari, la rotta/direzione della nave e la velocità della nave sono state registrate da un'unità di navigazione inerziale (30 Hz, Landmark 10, Gladiator Technologies) e da un GPS, frequenza di campionamento di 1 Hz. Entrambi i dispositivi sono stati montati anche sull'albero di misurazione. Inoltre, abbiamo registrato le proprietà atmosferiche e i dati di navigazione utilizzando i sensori integrati della nave a una frequenza di campionamento di 1 Hz. Salvo diversa indicazione, tutti i dati presentati sono stati registrati dal nostro sistema di misurazione della covarianza eddy.

2.1.1 Misurazioni della covarianza Eddy DMS

Abbiamo registrato le concentrazioni di aria DMS a 5 Hz nel contenitore del laboratorio utilizzando uno spettrometro di massa a ionizzazione chimica a pressione atmosferica (AP-CIMS) simile a quelli descritti da Marandino et al. (2007) e Saltzman et al. (2009). L'aria è stata campionata dall'albero a prua della nave (11 m sopra il livello del mare) e pompata a 50–70 L/min di flussototale attraverso un tubo in politetrafluoroetilene di 25 m di diametro fino all'AP-CIMS. Questo flusso dall'albero è stato sottocampionato (2 L/min) ed essiccato utilizzando una membrana di Nafion (Perma Pure) prima dell'analisi da parte dell'AP-CIMS. Per la calibrazione, abbiamo aggiunto continuamente uno standard DMS deuterato (DMS-d3, 2,28 ppm Ccarro armato) all'ingresso a una velocità di 2 mL/min Flussostandard. Utilizzando il rapporto di conteggio dei conteggi DMS deuterati66 ai conteggi DMS naturali63, il rapporto di miscelazione di DMS atmosferico, DMSaria, è stato calcolato come segue: (12)

2.1.2 CO2 Misure di covarianza Eddy

il CO2 Le misurazioni della covarianza eddy sono state effettuate sullo stesso albero e nello stesso contenitore di laboratorio del sistema di covarianza eddy DMS. Il campione d'aria è stato raccolto vicino alla presa d'aria DMS e pompato a 15 L/min attraverso un tubo DECABON da 25 m, 1/2" al contenitore del laboratorio con la CO2 sistema di misura. Abbiamo utilizzato un sistema di misurazione a infrarossi non dispersivo (LI-7200 di Licor) nella configurazione di Miller et al. (2010) per misurare la pressione parziale secca di CO2 nell'atmosfera. I dati sono stati raccolti a 10 Hz con due LI-7200 in linea. Abbiamo posizionato una membrana Nafion (Perma Pure) tra i due LI-7200 per asciugare il flusso d'aria e per garantire l'assenza di diafonia dalle fluttuazioni del vapore acqueo. La pressione dell'aria campione è stata misurata tra i due LI-7200 utilizzando un trasduttore di pressione (Mensor CPT6100) e corretta alla pressione di ciascuna cella di Licor utilizzando il trasduttore di pressione differenziale interno. In questa analisi vengono presentati solo i dati del secondo (flusso di aria essiccata) LI-7200.

2.1.3 Post-elaborazione

In totale abbiamo registrato 130,15 ore di misurazioni DMS e 281,7 ore di CO2 misurazioni, che soddisfacevano il criterio della direzione del vento relativo di ±90° dalla prua e il requisito della direzione del vento costante (±10°) (Landwehr et al., 2015).

Dividiamo DMS e CO2 registra in intervalli di corsa (passo di 10 min), ogni 29,6 min e li fonde con i dati di navigazione e vento registrati simultaneamente. Come risultato abbiamo ottenuto 477 DMS e 942 CO2 record di dati e li ha vagliati per picchi, malfunzionamenti, anomalie ad alta e bassa frequenza. La determinazione del ritardo è stata effettuata in due fasi. Innanzitutto, impostiamo il ritardo al valore ottenuto dai test di ritardo. Quindi, per aumentare la precisione del ritardo, abbiamo incrociato il vento registrato w' e la rispettiva concentrazione d'aria c' e impostare il ritardo alla massima correlazione positiva (flusso fuori dall'oceano) o una correlazione massima negativa (flusso nell'oceano). Al giusto tempo di ritardo, il cospectrum e il grafico di correlazione incrociata sono stati esaminati per rilevare eventuali anomalie ed è stata presa una decisione di approvazione o rifiuto. Successivamente, 435 DMS e 266 CO2 gli intervalli sono stati corretti per la perdita di alta frequenza nel tubo. Una descrizione della correlazione incrociata del ritardo e della correzione ad alta frequenza è fornita nelle informazioni di supporto. Esempi di spettri di gas e c'w' cospectra sono nelle informazioni di supporto.

2.2 Misurazioni dell'aria e dell'acqua di mare

La concentrazione dell'acqua di mare DMS è stata misurata utilizzando un sistema di spurgo e trappola collegato a un sistema GC-MS (GC/MS Agilent 7890A/Agilent 5975C) funzionante in modalità a ione singolo. Abbiamo campionato ogni 3 ore da un flusso costante fuori dal moonpool della nave (5 m di profondità). I campioni sono stati misurati entro 15 minuti dalla raccolta spurgando i gas dal campione di acqua per 15 minuti, essiccando il flusso di gas utilizzando carbonato di potassio e preconcentrando i gas in una trappola raffreddata con azoto liquido. Dopo la preconcentrazione la trappola è stata riscaldata e i gas sono stati iniettati nel GC. Abbiamo analizzato, in totale, 162 campioni di acqua di mare DMS. Una descrizione dettagliata della procedura di misurazione è fornita in Zavarsky et al. (2017).

Abbiamo usato i rapporti di miscelazione DMS medi dal sistema di covarianza eddy come rapporti di miscelazione DMS dell'aria sfusa. Questi valori sono stati confrontati con misurazioni utilizzando campioni di bombole d'aria in acciaio inossidabile (altezza di campionamento di 25 m), prelevati ogni 3 ore contemporaneamente ai campioni di acqua di mare DMS e analizzati per più di 50 gas, inclusi DMS e isoprene, presso l'Università di Miami . Hanno mostrato un buon accordo.

Misure oceaniche di pCO2 sono stati eseguiti utilizzando il setup descritto in Arevalo-Martinez et al. (2013). L'acqua è stata prelevata a bordo utilizzando una pompa sommergibile installata nella moonpool della nave a circa 5 m di profondità e successivamente è stata prelevata ad una velocità di circa 5 L/min attraverso l'equilibratore di tipo Weiss. Sample air from the headspace of the equilibrator was continuously pumped through the instruments and then back to the equilibration chamber forming a closed loop. The air stream was dried using a refrigerated air dryer and a Nafion dryer before being injected into the analyzer (LI-COR, USA LI-6252) in order to diminish interferences due to the water vapor content of the sample. Every minute a data point was recorded. The LI-COR analyzer was calibrated regularly using three nonzero standards traceable to World Meteorological Organization scale. Atmospheric air measurements were accomplished by drawing air into the system from an air inlet located at the ships mast at about 30 m height. The intake temperature was measured by a calibrated Seabird thermosalinograph (SBE37), which was installed next to the seawater intake. Due to a broken temperature sensor we had to estimate the temperature in the equilibrator by using the temperature readings of an Aanderaa oxygen optode (model 4330) which was installed in a flow-through box next to the Weiss equilibrator. The optode's temperature was compared to the SBE37. The temperature readings agreed within 0.05°C. Following the standard operating procedure described in Dickson et al. ( 2007 ) and the procedures described in Pierrot et al. ( 2009 ) the pCO2 at seawater temperature was calculated from measured XCO2. Based on the accuracy of temperature, pressure, and XCO2 measurements, the resulting accuracy of the seawater pCO2 measurements is estimated to be better than 5 μatm.

2.3 Hybrid Model

(13)

2.4 COARE

The NOAA COARE 3.5 algorithm (Edson et al., 2013 ) is an update from its first version COARE 2.5 (Fairall, Bradley, Godfrey, et al., 1996 Fairall, Bradley, Rogers, et al., 1996 ) and provides stability parameters and standard meteorological variables of the boundary layer from bulk measurements. We used the ship's meteorological data and COARE 3.5 to calculate relevant boundary layer parameters and u10n. Data outages, if longer than 30 min, of wind speed and wind direction in the ships' meteorological system between day of year (DOY) 209.25 and 211.75 were filled with wind data from the eddy covariance measurement system. The extent of the data outage is shown in the supporting information.

2.5 Wave Parameters

(14)

2.6 Kinematic Viscosity

(15)

The Physics Behind Why Firing A Gun Into The Air Can Kill Someone

Naval soldiers prepare to fire a gun salute during a burial at sea. This would be catastrophically . [+] unsafe in any region where the bullets could come down and land on a human. Image credit: U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Kevin J. Steinberg.

Would you fire a gun into the air in celebration if you knew that, when the bullet comes down, it could kill somebody? It's no surprise that bullets fired towards a target can easily destroy whatever they run into: a bullet from an AK-47 leaves the rifle traveling at over 1,500 miles per hour (670 meters per second): about double the speed of sound. Despite only having a mass of about five grams -- under a fifth of an ounce -- it's got the energy of a brick dropped from a 30 story building. Concentrated into a tiny surface area at the bullet tip, it can easily break through your skin. And once it does, that energy and momentum tears through your body, ripping a hole through blood vessels, muscle, and potentially vital organs. No wonder it can kill you.

A 0.50 caliber bullet wound of the face. The patient was injured while heating a 0.50 caliber . [+] incendiary machine gun bullet with a blowtorch in a World War II-era accident. Image credit: the National Museum of Health and Medicine.

But what if the bullet is fired up, rather than directly at a target? If you performed that experiment on the Moon, if the bullet went up at 1,500 miles per hour, then no matter what angle you fired it at and how long it took to come back to the lunar surface, it would come down at 1,500 miles per hour. A bullet fired away from the Moon's surface would be just as lethal as one fired across it. But on Earth, we have our atmosphere, which means we also have air resistance. A bullet fired straight up, with no wind, might reach a height of 10,000 feet (about three kilometers), but will come back down at only around 150 miles per hour: just 10% of the speed and with only 1% of the energy as the originally fired bullet.

Ultra-high speed photo of bullet fired out of a Smith and Wesson revolver. Image credit: Wikimedia . [+] Commons user Niels Noordhoek.

But in reality, there are extra factors at play:

  1. We do have wind, which can make bullets fired even straight up come down up to two miles away.
  2. Not every bullet is fired straight up many are fired at an angle. If the bullet never stops or tumbles, it can maintain much greater speeds: many hundreds of miles per hour.
  3. All a bullet needs to do to be potentially lethal is break the skin, which occurs at different speeds for different bullets and different people.

So in order to know whether a bullet will break your skin or not, we need to look at two things: the bullet type and your skin type.

Various weights, sizes and calibers of bullets. Even at the same muzzle velocity, when fired up, . [+] these bullets will all come down at different speeds. Image credit: Bobbfwed at the English language Wikipedia.

The generally accepted threshold for breaking the skin barrier is 136 miles per hour, although some bullet/skin combinations will cause the bullet to bounce off you at up to 225 miles per hour. The pointier a bullet is, the slower it can be moving and still break your skin. (Hollow point bullets are more dangerous not because it's easier for them to puncture your skin, but because they create more damage once they do.) Bullets of different sizes and calibers can puncture skin more easily: buckshot will perforate skin at 145 miles per hour and bullets from a .38 caliber revolver will do so at just 130 miles per hour. Bullets from a 9mm handgun may max out at speeds as low as 102 miles per hour. And a .30 caliber bullet, according to Mattoo's equation, might do so at only 85 miles per hour.

Various thicknesses of skin are found on varying locations on the human body, and often correlate . [+] with hairy regions. Your armpits have particularly thin skin. Image credit: Wikimedia Commons users Madhero88 and M.Komorniczak.

In addition, skin thickness varies from person-to-person and at different places on your body. The skin on your upper lip is 50% thicker than the skin on your cheek, and the skin just below your cheekbones by your nose is even thinner, particularly in the elderly. Babies and young children have very thin skin relative to adults, and while the elderly have thicker skin in general, it has less elasticity and is easier to tear and puncture.

The only way to guarantee a bullet will bounce off of your skin? Be Superman. Image credit: Leo . [+] Leung of flickr, via https://www.flickr.com/photos/mleung311/8854935471.

According to Hatcher's Notebook, where U.S. Army Major General Julian Hatcher reported on a huge suite of military ballistics tests, a .30 caliber bullet has a terminal speed of 200 miles per hour, not 150. When you fire a bullet into the air, it typically takes between 20 and 90 seconds for it to come down, depending on the angle it was fired at, its muzzle velocity and its caliber. New years and July 4th, in the USA, are particularly dangerous in urban areas for this, as injuries from falling bullets and even occasionally deaths result. While reports from hospitals are often disputed by police, there are well-documented cases that prove how lethal this can be. In 2010, Marquel Peters, four years old, was killed by a stray falling bullet in Decatur, GA.

As long as a bullet can puncture your skin, the damage it can do to you internally has the potential . [+] to be lethal. Public domain image.

If you must fire a gun into the air, the way to minimize your potential risk to yourself and others is to:

  • fire the bullet as close to vertical as possible (where it will lose the most speed),
  • from a low altitude location (where air resistance is higher),
  • in a rural, low-population-density area (where it's less likely to hit a person),
  • and to fire a lighter, larger bullet (with a lower terminal velocity).

And finally, as a bystander, know that you aren't completely safe from a hail of falling bullets until two minutes have passed since the final gunshot. Firing a gun into the air might be extremely unlikely to kill the person firing it, but there's a reason that most major cities have outlawed it: your freedom to celebrate ends when your celebration starts to kill innocent bystanders.


Setup and maintenance: precharging

On newly repaired bladder accumulators, the shell ID should be lubricated with system fluid before precharging. This fluid acts as a cushion, and lubricates and protects the bladder as it unwinds and unfurls. When precharging begins, the initial 50 psi of nitrogen should be introduced slowly.

Neglecting these precautions could result in immediate bladder failure. High-pressure nitrogen, expanding rapidly and thus cold, could channel the length of the folded bladder and concentrate at the bottom. The chilled brittle rubber expanding rapidly could rupture in a starburst pattern, Figure 10(a). The bladder also could be forced under the poppet, resulting in a C-shaped cut in the bladder bottom, Figure 10(b).

The fluid side of piston accumulators should be empty during precharging so that gas-side volume is at a maximum. Little damage, if any, can take place during precharging.

Too high a precharge pressure or reducing the minimum system pressure without a corresponding reduction in precharge pressure may cause operating problems or damage to accumulators. With excessive precharge pressure, a piston accumulator will cycle between stages (e) and (b), Figure 2, and the piston will range too close to the hydraulic end cap. The piston could bottom at minimum system pressure to reduce output and eventually cause damage to the piston and its seal. The bottoming of the piston often can be heard the sound serves as a warning of impending problems.

Too high a precharge in a bladder accumulator can drive the bladder into the poppet assembly when cycling between stages (e) and (b), Figure 2. This could cause fatigue failure of the spring and poppet assembly, or a pinched and cut bladder if the bag gets trapped beneath the poppet as it is forced closed. Too high a precharge pressure is the most common cause of bladder failure.

Too low a precharge pressure or an increase in system pressure without a compensating increase in precharge pressure also can cause operating problems, with possible accumulator damage. With no precharge in a piston accumulator, the piston likely will be driven into the gas end cap and probably will remain there. A single contact is unlikely to cause damage.

For bladder accumulators, too low or no precharge can have severe consequences. The bladder may be crushed into the top of the shell, then may extrude into the gas valve and be punctured. One such cycle is sufficient to destroy a bladder. Piston accumulators, therefore, are more tolerant of improper precharging.