Dragvoima

Dragvoima, eli ilmanvastus, on nesteen kohdistama vastus liikkuvaan kappaleeseen. Se vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan kappaleen liikkeelle ja sitä esiintyy sekä ilmavirtauksissa että muissa nesteissä. Dragvoima on keskeinen tekijä monissa insinööri- ja liikennelaitteiden sekä urheilusuoritusten suunnittelussa, kuten autojen, lentokoneiden, veneiden ja uimareiden tapauksissa.

Matemaattisesti dragvoima voidaan usein esittää kaavalla F_D = 1/2 ρ v^2 C_D A, jossa ρ on nesteen tiheys, v suhteellinen nopeus, C_D dragkertoimen ja A referenssialue (kappaleen etupiireen pinta-ala). C_D riippuu kappaleen muodosta, pinnan karheudesta, virtauksen Reynolds-luvusta sekä virtauksen tilasta (laminaarinen tai turbulentti). Dragvoiman koostumus jakautuu pääosin kahteen osaan: muodonvastus (form drag) ja kitkavastus (skin friction drag). Lisäksi korkeissa nopeuksissa, kuten lentokoneilla, syntyy aalto- vastusta (wave drag) ja joissakin tapauksissa induktoitu vastus (induced drag) johtuen liftin synnyttämistä virtausmuutoksista.

Mittauksessa ja suunnittelussa dragkertoimen arvo määritellään usein tuulettimissa tai kokelaitteissa ja se riippuu Re-luvusta sekä olosuhteista. Reynoldsin luku kuvaa virtauksen tilaa ja yhdistää nesteen tiheyden, nopeuden, karakteristisen pituuden ja viskositeetin.

Sovelluksissa dragvoimaa pyritään vähentämään esimerkiksi virtauksen muotoilulla, sileillä pinnoilla ja suunnittelulla, joka edistää laminaarista virtausta. Tämä tehostaa energian talteenottoa ja parantaa suoritusta sekä ajoneuvojen polttoainetehokkuutta että uimareiden nopeuksia.