Ilmanvastukseen

Ilmanvastukseen eli dragiin tarkoitetaan voimaa, joka vastustaa kappaleen liikkumista ilman läpi. Se johtuu ilman molekyylien vastustamisesta kappaleen liikuttaessa ja suuntautuu vastakkaiseen suuntaan kappaleen nopeuden suhteen. Ilmanvastus vaikuttaa kaikkiin nopeasti tai suurella pinta-alalla eteneviin kappaleisiin, kuten autoihin, lentokoneisiin ja urheiluvälineisiin.

Laskennan peruskaava voidaan esittää muodossa Fd = 1/2 ρ v^2 Cd A. Tässä Fd on ilmanvastusvoima, ρ ilman tiheys, v kappaleen ja ilman välinen relative- nopeus, Cd on ilmanvastuskertoimen arvoja kuvaava kertoimen sekä A on kappaleen poikkipinta-ala. Kertoimen arvo Cd ja tilavuuden muodot määrittävät, miten suurta ilmanvastus on kyseisessä tilanteessa. Ilmanvastus riippuu sekä kappaleen muodosta että ilman ominaisuuksista sekä liikenopeudesta.

Nopeuden kasvaessa ilmanvastus kasvaa pääosin v^2-merkityksellä, jolloin pienetkin lisänopeudet voivat merkittävästi lisätä vastusta. Cd ja A voivat pienentyä, jos kappaletta muotoillaan tai sen suuntaa muokataan niin, että ilmavirta suuntautuu suoremmin ja virtauksesta saadaan vähemmän vastusta. Reynoldin luvulla on vaikutusta: pienissä nopeuksissa virtaus on usein laminaarista, suurissa nopeuksissa turbulenssi lisää vastusta.

Sovelluksissa ilmiö näkyy esimerkiksi autojen ja pyöräilyn aerodynamiikassa, lentokoneiden suunnittelussa sekä urheiluvälineiden suorituskyvyn optimoinnissa. Ilmanvastusta pyritään pienentämään rakenteellisella muotoilulla, suorilla linjoilla, suojamuoveilla ja mm. CFD- ja wind-tunnel-testeillä.