§ 67. Сопротивление среды. Если твердое тело находится внутри жидкости или газа, то вся его поверхность соприкасается с частицами жидкости или газа. При движении тела на него со стороны жидкости или газа действуют силы, направленные навстречу движению. Эти силы называют силами сопротивления среды. Как и силы трения, силы сопротивления среды всегда направлены против движения. Сопротивление среды можно рассматривать как один из видов трения.
Особенностью сил трения в жидкости или газе является отсутствие трения покоя. Твердое тело, лежащее на другом твердом теле, может быть сдвинуто с места, только если к нему приложена достаточно большая сила, превосходящая наибольшую силу трения покоя. При меньшей силе твердое тело с места не сдвинется, сколько бы времени эта сила ни действовала. Картина получается иной, если тело находится в жидкости. В этом случае, чтобы сдвинуть с места тело, достаточно сколь угодно малых сил: хотя и очень медленно, но тело начнет двигаться (рис. 67). Человек вообще
134
никогда не сдвинет с места руками камень массы сто тонн. Б то же время баржу массы сто тонн, плавающую на воде, один человек, хотя и очень медленно, но все же сможет двигать (§44). Однако по мере увеличения скорости сопротивление среды сильно увеличивается, так что, сколько бы времени данная сила ни действовала, она не сможет разогнать тело до большой скорости.
Рассмотрим теперь, как сопротивление среды влияет на падение тел в воздухе.
§ 68. Падение тел в воздухе. При падении в воздухе тело массы m движется под действием двух сил: постоянной силы тяжести mg, направленной вертикально вниз, и силы сопротивления воздуха f, увеличивающейся по мере падения и направленной вертикально вверх. Равнодействующая силы тяжести и силы сопротивления воздуха равна их сумме и в начале падения направлена вниз.
Пока скорость падающего тела еще мала, невелика и сила сопротивления воздуха; но по мере того, как возрастает скорость падения, эта сила быстро растет. При некоторой скорости сила f становится равной по модулю силе mg, и дальше тело падает равномерно. Скорость такого падения называют предельной скоростью падения. Предельная скорость тем больше, чем сильнее разрежен воздух. Поэтому тело, падающее с очень большой высоты может в разреженных слоях атмосферы приобрести скорость, бо'льшую предельной скорости для нижних ((плотных) слоев. Войдя в нижние слои атмосферы, тело снизит свою скорость до значения предельной скорости для нижних слоев.
? 68.1. Деформировано ли тело падающее с предельной скоростью? далее