Ilmanvastus

Ilmanvastus, eli drag, on vastusvoima, jonka ilma kohdistaa liikkuvaan kappaleeseen. Se vastustaa kappaleen liikettä ilmassa ja on olennainen tekijä nopeissa liikkeissä. Ilmanvastus riippuu sekä nopeudesta että kappaleen muodosta sekä ilmavirrasta ja pintamateriaalin ominaisuuksista.

Peruslaskennassa ilmanvastus voidaan esittää F_d = 1/2 ρ v^2 C_d A, jossa F_d on ilmanvastus, ρ ilman tiheys, v nopeus suhteessa ilmaan, C_d ilmanvastuskerroin ja A kappaleen etupinnan projektio-ala. ρ on noin 1,225 kg/m^3 merenpinnan oloissa; ilman tiheys riippuu lämpötilasta ja kosteudesta. C_d riippuu muodosta sekä virtauksesta (Reynolds-luku) ja voi vaihdella suuresti kappaleittain ja nopeuksittain. A on kappaleen etupinnan ala.

Ilmanvastus kasvaa likimäärin v^2, ja sen suuruuteen vaikuttavat lisäksi ilman tiheys, muoto ja virtausolosuhteet. Reynoldsin luku Re kuvaa virtaustapaa: suurilla Re-lukujen arvoilla ilmanvastus koostuu sekä muodosta että viskosista, ja C_d voi muuttua sen mukaan. Terminaalinopeus saavutetaan, kun ilmanvastus on yhtä suuri kuin käytetty voima, jolloin nopeus ei enää kasva.

Käytännössä ilmanvastusta pyritään pienentämään aerodynaamisella suunnittelulla sekä muotoilulla auto-, pyörä- ja lentoteollisuudessa, urheiluvälineissä ja tutkimuksessa. Ilmanvastuksesta mitataan ja mallinnetaan kokeellisesti tuulitunnelissa sekä simulaatioissa, mikä auttaa optimoimaan muotoa ja suorituskykyä.