Obtékání těles reálnou tekutinou

Při relativním pohybu tělesa a tekutiny dochází k obtékání tělesa - k přemísťování jednotlivých částic kapaliny vzhledem k povrchu tělesa.

Voda v řece obtéká pilíře mostů, proudící vzduch obtéká tělesa na povrchu Země, parašutista se pohybuje v klidném vzduchu, … Je jedno jestli se pohybuje tekutina vzhledem k tělesu a nebo těleso vzhledem k tekutině - důležitý je relativní pohyb tekutiny a tělesa.

U reálných tekutin vznikají v důsledku vnitřního tření odporové síly, působící proti směru relativního pohybu tělesa v tekutině. U kapalin mluvíme o hydrodynamické odporové síle, u plynů u aerodynamické odporové síle. Fyzikální jev vzniku odporových sil nazýváme odpor prostředí.

Při malých rychlostech (tj. při laminárním proudění) lze pro popis odporové síly pro těleso tvaru koule o poloměru r použít Stokesův vztah , kde je dynamická viskozita charakterizující vnitřní tření tekutiny a v je velikost rychlosti obtékání.

Tento vztah je použitelný pro tělesa malých rozměrů - kapky kapaliny pohybující se v plynu, … V běžné praxi se častěji používá dále uvedený vztah.

Při větších rychlostech se obtékání stává vírovým (turbulentním), za tělesem se tvoří víry a pro velikost odporové síly lze užít Newtonův vztah , kde je hustota tekutiny, S příčný průřez tělesa a C bezrozměrný součinitel odporu, jehož velikost závisí na tvaru tělesa. Rovněž závisí na směru, jakým se pohybuje nesymetrické těleso - např. pro polokouli bude součinitel C jiný bude-li se tato polokoule pohybovat ve směru kulové plochy, či ve směru opačném (viz obr. 195).

Příčný průřez tělesa si lze dobře představit na jedné scéně z filmu Baron Prášil (z roku 1961, režie Karel Zeman): baron Prášil (Miloš Kopecký) letí na dělové kouli a proletí stěnou domu. Plocha otvoru, který Prášil vytvořil ve stěně, ve tvaru lidského těla je přesně příčným průřezem tělesa (barona Prášila na dělové kouli).

Stejný děj lze pozorovat téměř v každém díle amerického animovaného seriálu Tom a Jerry.

Obr. 195

Největší hodnotu součinitele odporu má dutá polokoule, jejíž dutina je obrácená proti směru proudění, nejmenší hodnotu součinitele odporu má těleso proudnicového (aerodynamického) tvaru.

Tělesa s největší hodnotou C: padák, … ; tělesa s nejmenší hodnotou C: těla ryb a ptáků, karosérie automobilů, …

Uvažovaná aerodynamická odporová síla působí ve směru opačném ke směru pohybu tělesa pouze v případě, že se jedná o těleso souměrné vzhledem ke směru pohybu. Jedná-li se o těleso nesymetrické, je směr odporové síly odchýlen od směru pohybu, čehož se využívá při konstrukci letadel (hlavně jejich křídel).

::subtree::