Что такое сила тяги? Что такое сила сопротивления? Их формулы

Перемещаемое с непостоянной скоростью тело обязательно находится под воздействием силы тяги, которая обеспечивает его движение. Без неё не преодолеть оказываемое средой сопротивление. Рассмотрим, что такое сила тяги в физике. Научимся рассчитывать силу тяги двигателя автомобиля по известной формуле.

Что такое в физике сила тяги: формула, определение

Для вычисления величины рассматривают действующие на исследуемый объект силы, находят равнодействующую и применяют второй закон Ньютона. Силой тяги называют прикладываемую к телу силу, которая нужна для поддержания его движения. На примере с автомобилем нельзя говорить, что тяга его двигателя равняется силе тяги машины. Между мощностью мотора и тягой авто огромная разница из-за потерь: нагревание, трение, сопротивление, например, воздуха.  Кроме силы тяги на передвигающиеся с ускорением объекты действует сила сопротивления. Сила тяги меньше силы сопротивления по модулю и не совпадает по направлению (не обязательно противоположна).

Тягой двигателя называется сила, которая вырабатывается мотором и служит для выполнения работы или перемещения транспортного средства. 

Чему равна сила тяги зависит от случая, ведь существует несколько формул для проведения вычислений. Рассмотрим основные.

1. Формула силы тяги через массу или из второго закона Ньютона: F_Т — F_ТР = ma, где:
   • F_т и F_тр – силы тяги и трения соответственно;
   • m – масса исследуемого объекта;
   • a – значение ускорения, с которым тело передвигается относительно точки отсчёта.


2. Выражение через полезную мощность: F_Т = P/v, здесь:
   • P – развиваемая мощность;
   • v – скорость передвижения транспортного средства.


3. Есть формула нахождения силы тяги для авто, поднимающегося на гору: F_T - F_ТР –mg*sin α, где:
   • g – ускорение свободного падения;
   • α – угол наклона поверхности, на которую поднимается автомобиль.

Сила, препятствующая движению, называется сопротивлением. Это всевозможные силы трения. Обычно их указывают в процентах от силы тяги, обозначают μ. В таком случае в приведённых выражениях добавляется дополнительный множитель, причем полученное значение отнимают от единицы, если дано в процентах – предварительно переводят в десятичную дробь.

Например, если потери составляют 9%, значение делят на 100 — получим 0,09 и отнимаем его от единицы: 1 – 0,09 = 0,91.

Согласно СИ, изменяется в Ньютонах – Н.

Задача

Рассмотрим задачу, чтобы понять, как найти силу тяги автомобиля. Машина мощностью 180 л. с. разогналась до 162 км/ч. Какую мощность развивает её двигатель, если потери составляют 9% от его производительности.

Сначала переведём величины в соответствующие СИ:

• v = 162 км/ч = 162/3,6 = 45 м/с;
• P = 180 л. с. = 180 * 0,735 = ~132 кВт.

В технике для простоты расчётов принимают, что одна лошадиная сила равняется 0,75 кВт.

Приведём 9% в нужный нам вид: разделим на 100 и отнимем от единицы: 9/100 = 0,09, 1 – 0,009 = 0,91.

Подставим значения в формулу, чтобы определить силу тяги двигателя:

F_Т = μ \frac { P } { v } =  0,91* \frac { 132000 } { 45 } = 0,91 * 2933,3 Н = 2670 = 2,67 кН.

Ответ: F_Т = ~2,67 кН.