Mikä on ilmanvastus?

Ilmanvastus, jota kutsutaan myös tuulenkestävyydeksi, on hidastuva vaikutus, jonka ilma luo kehoon liikkuessaan ilmakehän läpi. Vapaassa pudotuksessa olevien esineiden tai ihmisten laskeutuminen hidastuu esimerkiksi ilman avulla. Se on myös tekijä lentokoneiden tai suurten nopeuksien ajoneuvojen liikkeessä. Tällä vastustuksella on monia muita vaikutuksia, joista osa on helposti havaittavissa.

Ihmiskunta on aina kyennyt tarkkailemaan ilmanvastuksen vaikutuksia, mutta fyysiset tekijät ymmärrettiin vasta 17 -luvulla. Galilei, yrittäen ymmärtää painovoiman periaatetta, testasi Aristotelesen teesiä, jonka mukaan raskaammat esineet putoavat nopeammin kuin kevyemmät. Hän pystyi todistamaan, ettei tämä ollut totta; painovoima vaikuttaa kaikkiin esineisiin samalla tavalla. Hän tajusi, että kevyempiä esineitä hidasti ilman vastus, ja raskaammilla esineillä oli tarpeeksi painoa tämän tekijän torjumiseksi.

Ilmanvastus johtuu kiinteän esineen törmäyksestä kaasumolekyyleihin ilmakehässä. Mitä suurempi ilmamolekyylien määrä, sitä suurempi vastus. Käytännössä tämä tarkoittaa, että laajemman pinnan esine vastustaa enemmän. Nopeammalla esineellä on myös suurempi ilmanvastus, koska se koskettaa enemmän ilmamolekyylejä tietyn ajan kuluessa. Kun kohteen vastus vapaassa pudotuksessa on yhtä suuri kuin vetovoima esineeseen, se ei enää kiihdy. Tätä kutsutaan terminaaliseksi nopeudeksi, ja se vaihtelee tekijöiden, kuten painon, pinta -alan ja nopeuden, mukaan.

Vaikutus voidaan havaita katsomalla laskuvarjohyppääjiä toiminnassa. Ennen laskuvarjohyppyn aktivoimista laskuvarjohyppääjä putoaa terminaalisella nopeudella, jota ilma näyttää näkevän korkealla. Jos hän vetää raajansa sisään ja osoittaa kehonsa alaspäin, nopeus kasvaa, kun vastus vähenee. Asettamalla kehonsa maan suuntaisesti ja levittämällä käsiä ja jalkoja hän voi hidastaa laskeutumistaan. Kun hän avaa laskuvarjonsa, ilman vastus kasvaa ja hidastaa häntä edelleen. Avatun laskuvarjojen terminaalinen nopeus on riittävän pieni, jotta hän osuu maahan selviytymisnopeudella.

Lentokoneet on suunniteltu voittamaan ilmanvastus, jota aerodynamiikan alalla kutsutaan vetämiseksi. Useimpien suihkukoneiden ja -rakettien virtaviivainen muotoilu mahdollistaa niiden kulkemisen ilmakehän läpi mahdollisimman pienellä vastavoimalla. Autot ja junat käyttävät myös virtaviivaisia ​​rakenteita vähäisemmässä määrin samaan tarkoitukseen. Ilmanvastus ei ole yhtä suuri este maa-ajoneuvoille kuin lentokoneille, ellei niitä ole suunniteltu suurnopeusmatkoille. Puoliperävaunuissa on joskus kaarevat katot, jotka vähentävät kuorma -auton ja perävaunun välisen tilan vastusta, mikä voi vaikuttaa kielteisesti kaasun mittarilukemaan.