Arrastrar (física)


En dinámica de fluidos , el arrastre (a veces llamado resistencia del aire , un tipo de fricción , o resistencia a fluidos , otro tipo de fricción o fricción de fluidos) es una fuerza que actúa opuesta al movimiento relativo de cualquier objeto que se mueve con respecto a un fluido circundante. [1] Esto puede existir entre dos capas fluidas (o superficies) o un fluido y una superficie sólida . A diferencia de otras fuerzas resistivas, como la fricción seca , que son casi independientes de la velocidad, la fuerza de arrastre depende de la velocidad. [2] [3]

La fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad para el flujo de baja velocidad y la velocidad al cuadrado para el flujo de alta velocidad, donde la distinción entre baja y alta velocidad se mide por el número de Reynolds . Aunque la causa última de un arrastre es la fricción viscosa, el arrastre turbulento es independiente de la viscosidad . [4]

Las fuerzas de arrastre siempre tienden a disminuir la velocidad del fluido en relación con el objeto sólido en la trayectoria del fluido.

Los ejemplos de resistencia incluyen el componente de la fuerza aerodinámica o hidrodinámica neta que actúa en dirección opuesta a la dirección de movimiento de un objeto sólido, como automóviles, aviones [3] y cascos de barcos; o actuando en la misma dirección geográfica de movimiento que el sólido, como para las velas unidas a un velero de viento abajo, o en direcciones intermedias en una vela dependiendo de los puntos de la vela. [5] [6] [7] En el caso de arrastre viscoso de fluido en una tubería , la fuerza de arrastre sobre la tubería inmóvil disminuye la velocidad del fluido en relación con la tubería. [8] [9]

En la física de los deportes, la fuerza de arrastre es necesaria para explicar el movimiento de pelotas, jabalinas, flechas y frisbees y el rendimiento de corredores y nadadores. [10]

El efecto de la aerodinámica en las proporciones relativas de la fricción de la piel y el arrastre de la forma se muestra para dos secciones de cuerpo diferentes, un perfil aerodinámico, que es un cuerpo aerodinámico, y un cilindro, que es un cuerpo de farol. También se muestra una placa plana que ilustra el efecto que tiene la orientación sobre las proporciones relativas de la fricción de la piel y la diferencia de presión entre el frente y la espalda. Un cuerpo se conoce como farol si la fuente de resistencia está dominada por fuerzas de presión y aerodinámica si la resistencia está dominada por fuerzas viscosas. Los vehículos de carretera son cuerpos de farol. [11] En el caso de las aeronaves, la resistencia a la presión y la fricción se incluyen en la definición de resistencia parásita . El arrastre del parásito se expresa a menudo en términos de un arrastre hipotético (en la medida en que no haya arrastre por derrame en el borde [12]) "área de arrastre parásito equivalente", que es el área de una placa plana perpendicular al flujo. Se utiliza para comparar la resistencia aerodinámica de diferentes aviones. Por ejemplo, el Douglas DC-3 tiene un área parasitaria equivalente de 23,7 pies cuadrados y el McDonnell Douglas DC-9 , con 30 años de avance en el diseño de aviones, un área de 20,6 pies cuadrados aunque transportaba cinco veces más pasajeros. [13]


Coeficiente de arrastre C d para una esfera en función del número de Reynolds Re , obtenido de experimentos de laboratorio. La línea oscura es para una esfera con una superficie lisa, mientras que la línea más clara es para el caso de una superficie rugosa.
Explicación del arrastre por la NASA .
Un objeto que cae a través de un medio viscoso acelera rápidamente hacia su velocidad terminal, acercándose gradualmente a medida que la velocidad se acerca a la velocidad terminal. Si el objeto experimenta un arrastre turbulento o laminar cambia la forma característica del gráfico con un flujo turbulento que da como resultado una aceleración constante durante una fracción mayor de su tiempo de aceleración.
Trayectorias de tres objetos lanzados en el mismo ángulo (70 °). El objeto negro no experimenta ningún tipo de arrastre y se mueve a lo largo de una parábola. El objeto azul experimenta el arrastre de Stokes y el objeto verde, el arrastre de Newton .
La curva de potencia : resistencia parásita y resistencia inducida por la sustentación frente a la velocidad del aire
Variación cualitativa del factor Cd con número de Mach para aeronaves