friksjonsmotstanden

Friksjonsmotstanden, ofte kalt friksjonsdrag, er den delen av en gjenstands motstand som oppstår når en kropp beveger seg gjennom en væske eller når væske passerer en overflate. Den skyldes viskøs shear i grenseflaten mellom væsken og overflaten og virker parallelt med bevegelseretningen. Friksjonsmotstanden er en viktig komponent i både aerodynamisk og hydrodynamisk motstand, og den må ofte skilles fra trykkmotstanden som oppstår fra trykkforskjeller rundt objektet.

Den lokale viskøse shear-stressen på veggen er tau_w = mu * (du/dy) ved veggen, og den totale friksjonsmotstanden er F_f = tau_w * A, hvor A er relevante overflatearealet. Den dimensjonløse friksjonskoeffisienten Cf kobler F_f til hastighet og areal: F_f = 0.5 * rho * v^2 * A * C_f. Cf avhenger av Reynolds-tallet Re = rho * v * L / mu og av overflatens ruhet epsilon/D.

Regimer og typer: ved lavt Re (creeping flow) følger friksjonsmotstanden Stokes’ lov, og F ∝ v. I rør- eller kanalstrømning varierer friksjonsfaktoren f med Re og ruhet; for laminar rørstrømning er f = 64/Re, mens i turbulent strømning kommer f inn i avhendingskart ( Moody-diagram ) som en funksjon av Re og relativ ruhet (epsilon/D). Overflatens egenskaper påvirker friksjonsmotstanden betydelig, spesielt i turbulente forhold.

Bruksområder: hudfriksjon er betydningsfull i fly- og biltrafikk, mens i skip og rørledninger kan friksjonsmotstanden være en betydelig del av den totale motstanden. Allikevel varierer den i stor grad mellom forskjellige geometrier og strømforhold, og den må ofte vurderes sammen med trykkmotstanden i ingeniørberegninger. Friksjonsmotstanden er derfor en sentral faktor i design og analyse av flytende systemer.