यहाँ पृथ्वी पर, हम हवा प्रतिरोध (उर्फ "ड्रैग") को लेते हैं। हम सिर्फ यह मानते हैं कि जब हम एक गेंद फेंकते हैं, एक विमान लॉन्च करते हैं, एक अंतरिक्ष यान को हटाते हैं, या एक बंदूक से गोली चलाते हैं, तो यह कि हमारे वायुमंडल के माध्यम से यात्रा करने का कार्य स्वाभाविक रूप से धीमा हो जाएगा। लेकिन इसकी वजह क्या है? बस कैसे हवा एक वस्तु को धीमा करने में सक्षम है, चाहे वह फ्री-फॉल में हो या फ्लाइट में?
हवाई यात्रा पर हमारी निर्भरता के कारण, अंतरिक्ष की खोज के लिए हमारा उत्साह, और खेल के प्रति हमारा प्रेम और चीजों को हवा में उड़ाना (खुद सहित), भौतिक प्रतिरोध को समझना भौतिकी को समझने में महत्वपूर्ण है, और कई वैज्ञानिक विषयों का एक अभिन्न अंग है। तरल गतिकी के रूप में जानी जाने वाली सबडिस्पिसलाइन के भाग के रूप में, यह वायुगतिकी, जलविद्युत, खगोल भौतिकी और नाभिकीय भौतिकी (कुछ नाम रखने के लिए) पर लागू होता है।
परिभाषा:
परिभाषा के अनुसार, वायु प्रतिरोध उन बलों का वर्णन करता है जो किसी वस्तु की सापेक्ष गति के विरोध में होती हैं क्योंकि यह हवा से गुजरती है। ये ड्रैग फोर्स आने वाले प्रवाह वेग के विपरीत कार्य करते हैं, इस प्रकार ऑब्जेक्ट को धीमा कर देते हैं। अन्य प्रतिरोध बलों के विपरीत, ड्रैग सीधे वेग पर निर्भर करता है, क्योंकि यह आंदोलन की दिशा के विपरीत काम करने वाले शुद्ध वायुगतिकीय बल का घटक है।
यह कहने का एक और तरीका यह होगा कि वायु प्रतिरोध वस्तु के वायु के अणुओं के साथ सतह की टक्कर के टकराव का परिणाम है। इसलिए यह कहा जा सकता है कि वायु प्रतिरोध की मात्रा पर सीधा प्रभाव डालने वाले दो सबसे सामान्य कारक वस्तु की गति और वस्तु का पार-अनुभागीय क्षेत्र है। एर्गो, दोनों बढ़ी हुई गति और क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्रों के परिणामस्वरूप वायु प्रतिरोध की एक बढ़ी हुई राशि होगी।
वायुगतिकी और उड़ान के संदर्भ में, ड्रैग जोर के विपरीत कार्य करने वाली दोनों ताकतों को संदर्भित करता है, साथ ही साथ लंबवत काम करने वाली ताकतें (यानी लिफ्ट)। ज्योतिषीय विज्ञान में, स्थिति के आधार पर वायुमंडलीय खींचें एक सकारात्मक और एक नकारात्मक शक्ति है। लिफ्ट और ऑफ के दौरान ईंधन और दक्षता दोनों पर यह एक नाला है जब एक अंतरिक्ष यान कक्षा से पृथ्वी पर लौट रहा है।
वायु प्रतिरोध की गणना:
वायु प्रतिरोध की गणना आमतौर पर "ड्रैग समीकरण" का उपयोग करके की जाती है, जो अपेक्षाकृत बड़े वेग से किसी द्रव या गैस के माध्यम से चलती हुई वस्तु द्वारा अनुभव किए गए बल को निर्धारित करता है। इसे गणितीय रूप में व्यक्त किया जा सकता है:
इस समीकरण में, एफडी ड्रैग फोर्स का प्रतिनिधित्व करता है, पी द्रव का घनत्व है, v ध्वनि के सापेक्ष वस्तु की गति है, ए क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है, औरसीडी ड्रैग गुणांक है। परिणाम यह है कि क्या "द्विघात खींचें" कहा जाता है। एक बार जब यह निर्धारित हो जाता है, तो ड्रैग को पार करने के लिए आवश्यक बिजली की मात्रा की गणना में एक समान प्रक्रिया शामिल होती है, जिसे गणितीय रूप से व्यक्त किया जा सकता है:
यहाँ, पी.डी.खींचें के बल को दूर करने के लिए आवश्यक शक्ति है, fd खींचें बल है, v वेग है, पी द्रव का घनत्व है, v ध्वनि के सापेक्ष वस्तु की गति है, ए क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है, औरसीडी ड्रैग गुणांक है। जैसा कि यह दर्शाता है, शक्ति की आवश्यकताएं वेग का घन है, इसलिए यदि इसे 80 kph जाने के लिए 10 अश्वशक्ति लगती है, तो 160 kph जाने में 80 अश्वशक्ति लगेगी। संक्षेप में, गति को दोगुना करने के लिए बिजली की मात्रा के आठ गुना आवेदन की आवश्यकता होती है।
वायु प्रतिरोध के प्रकार:
वायुगतिकी में तीन मुख्य प्रकार के ड्रैग होते हैं - लिफ्ट इंडिकेटेड, पैरासिटिक, और वेव। प्रत्येक वस्तु को ऊपर रखने के साथ-साथ उसे रखने के लिए आवश्यक शक्ति और ईंधन को प्रभावित करती है। लिफ्ट से प्रेरित (या सिर्फ प्रेरित) ड्रैग तीन आयामी उठाने वाले शरीर (विंग या धड़) पर लिफ्ट के निर्माण के परिणामस्वरूप होता है। इसके दो प्राथमिक घटक हैं: भंवर खींचें और लिफ्ट-प्रेरित चिपचिपा खींचें।
शरीर के ऊपरी और निचले सतहों पर अलग-अलग दबाव की हवा के अशांत मिश्रण से भंवर निकलते हैं। ये लिफ्ट बनाने के लिए आवश्यक हैं। जैसे-जैसे लिफ्ट बढ़ती है, वैसे-वैसे लिफ्ट से प्रेरित ड्रैग होता है। एक विमान के लिए इसका मतलब है कि हमले के कोण और लिफ्ट के गुणांक में वृद्धि हुई है, इसलिए लिफ्ट से प्रेरित ड्रैग होता है।
इसके विपरीत, परजीवी खींचें एक ठोस वस्तु को एक तरल पदार्थ के माध्यम से ले जाने के कारण होता है। इस प्रकार का ड्रैग कई घटकों से बना होता है, जिसमें "फॉर्म ड्रैग" और "स्किन फ्रिक्शन ड्रैग" शामिल होते हैं। उड्डयन में, प्रेरित ड्रैग कम गति से अधिक हो जाता है क्योंकि लिफ्ट को बनाए रखने के लिए उच्च कोण के हमले की आवश्यकता होती है, इसलिए जैसे ही गति बढ़ती है यह ड्रैग बहुत कम हो जाता है, लेकिन परजीवी ड्रैग बढ़ जाता है क्योंकि द्रव तेजी से इधर-उधर बढ़ता है जिससे घर्षण बढ़ता है। संयुक्त समग्र ड्रैग वक्र कुछ एयरस्पीड पर कम से कम है और इसकी इष्टतम दक्षता पर या इसके करीब होगा।
वेव ड्रैग (संपीड़ितता ड्रैग) एक शरीर की उपस्थिति से बनाई जाती है जो एक संपीड़ित तरल पदार्थ के माध्यम से उच्च गति से चलती है। वायुगतिकी में, तरंग खींचें में उड़ान के गति शासन के आधार पर कई घटक होते हैं। ट्रांसोनिक उड़ान में - मच 0.5 या उससे अधिक की गति पर, लेकिन फिर भी मच 1.0 से कम (उर्फ ध्वनि की गति) - लहर खींचें स्थानीय सुपरसोनिक प्रवाह का परिणाम है।
सुपरसोनिक प्रवाह ध्वनि की गति से अच्छी तरह से यात्रा करने वाले निकायों पर होता है, क्योंकि शरीर पर हवा की स्थानीय गति तब बढ़ जाती है जब यह शरीर पर गति करता है। संक्षेप में, ट्रांसोनिक गति पर उड़ान भरने वाले विमान अक्सर परिणामस्वरूप लहर को खींचते हैं। सुपरसोनिक ऑब्जेक्ट बनने से पहले, यह मच 1.0 के ध्वनि अवरोध के पास विमान की गति को बढ़ाता है।
सुपरसोनिक उड़ान में, वेव ड्रैग शरीर के प्रमुख और पीछे के किनारों पर बने तिरछे शॉकवेव्स का परिणाम है। अत्यधिक सुपरसोनिक प्रवाह में धनुष तरंगें बदलेगी। सुपरसोनिक गति पर, वेव ड्रैग को आमतौर पर दो घटकों में विभाजित किया जाता है, सुपरसोनिक लिफ्ट-डिपेंडेंट वेव ड्रैग और सुपरसोनिक वॉल्यूम-डिपेंडेंट वेव ड्रैग।
भूमिका को समझने में एयर फ्रिकशन उड़ान के साथ खेलता है, इसके मैकेनिक्स को जानता है, और इसे दूर करने के लिए आवश्यक शक्ति के प्रकार को जानता है, एयरोस्पेस और अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए सभी महत्वपूर्ण हैं। यह सब जानना भी महत्वपूर्ण होगा जब हमारे सौर मंडल में अन्य ग्रहों का पता लगाने का समय आता है, और अन्य तारा प्रणालियों में पूरी तरह से!
हमने अंतरिक्ष पत्रिका में वायु प्रतिरोध और उड़ान के बारे में कई लेख लिखे हैं। यहाँ टर्मिनल वेलोसिटी पर एक लेख है ?, योजनाएँ कैसे उड़ती हैं ?, घर्षण का गुणांक क्या है ?, और गुरुत्वाकर्षण बल क्या है?
यदि आप नासा के विमान कार्यक्रमों के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो शुरुआती गाइड टू एरोडायनामिक्स देखें, और यहां ड्रैग इक्वेशन का लिंक दिया गया है।
हमने एस्ट्रोनॉमी कास्ट के कई संबंधित एपिसोड भी दर्ज किए हैं। यहां सुनें, एपिसोड 102: ग्रेविटी।
