حاسبة قوة السحب (مقاومة الهواء)

المعادلة

يزداد السحب الديناميكي مع مربع السرعة، لذا فإن مضاعفة السرعة تُربّع القوة:

F_d = ½ · ρ · v² · C_d · A

حيث:

• F_d = قوة السحب، بالنيوتن (N)
• ρ = كثافة الهواء، بوحدة kg/m³ (≈ 1.225 عند مستوى سطح البحر، 15 °C)
• v = السرعة نسبةً إلى الهواء، بالمتر في الثانية (m/s)
• C_d = معامل السحب، عامل شكل عديم الأبعاد
• A = المساحة الأمامية (المقطع العرضي)، بوحدة m²

لأن الحد v² هو المهيمن، فإن الزيادات الصغيرة في السرعة تكلّف قوة كبيرة، وقدرة كبيرة، إذ إن القدرة تساوي القوة مضروبة في السرعة وتتناسب مع v³.

مثال محلول

يسير دراج على الطريق بسرعة v = 12 m/s بمساحة أمامية A ≈ 0.5 m²، ومعامل سحب C_d ≈ 0.9، في هواء كثافته ρ = 1.225 kg/m³:

F_d = ½ × 1.225 × 12² × 0.9 × 0.5 = 0.5 × 1.225 × 144 × 0.9 × 0.5 ≈ 39.7 N

هذه هي مقاومة الهواء التي يجب على الدراج التغلب عليها، وتبلغ نحو 80 % من إجمالي المقاومة عند هذه السرعة، ولذلك تكون الوضعية الانسيابية بهذه الأهمية.

قيم مرجعية

أخطاء شائعة

• استخدم المساحة الأمامية لا المساحة السطحية. A هي الظل الذي يدفعه الجسم عبر الهواء، لا كامل سطحه الخارجي.
• السرعة نسبةً إلى الهواء. الرياح المواجهة تُضاف إلى سرعتك بالنسبة إلى الأرض عند حساب v؛ والرياح الخلفية تُطرح.
• كثافة الهواء ليست ثابتة. تنخفض مع الارتفاع وترتفع في الطقس البارد، فتغيّر قوة السحب بنسبة عدة في المئة.
• يعتمد C_d على الشكل. قطرة انسيابية لها معامل منخفض جدًا؛ ولوح مستوٍ يواجه التيار هو أسوأ حالة.