nopeusvoimasta

Nopeusvoimasta on yleinen termi kuvaamaan voimia, jotka riippuvat kappaleen nopeudesta suhteessa ympäristöön. Se ei ole yksi perusvoima, vaan nimitys voimien ryhmälle, joiden suuruus tai suunta muuttuu nopeuden kasvaessa. Keskeisimpiä esimerkkejä ovat vastus (drag) sekä muut nesteessä tai kaasussa ilmenvät vastusvoimat sekä niihin liittyvät inertiaalin ilmiöt.

Aerodynaaminen vastus on nopeusvoiman tunnetuin ala. Se vastustaa liikettä ja suuntautuu vastapäätä nopeuden suuntaa. Dragin arvo voidaan ilmaista kaavalla F_d = 1/2 ρ C_d A v^2, jossa ρ on ympäristön tiheys, C_d drag-kerroin ja A etupinta-ala. Drag riippuu muodosta, pinnan karheus- tai raapaisu-ominaisuuksista sekä virtaustilasta; Reynolds-luvun kasvaessa drag seuraa suurelta osin v^2 -suhdetta korkeammilla nopeuksilla.

Toinen esimerkki nopeusriippuvaisesta voimasta esiintyy pienissä hiukkasissa viskoosissa nesteessä, jolloin Stokesin laki antaa F = 6π η R v. Tässä voima on lineaarinen nopeuden suhteen. Dynaaminen paine q = 1/2 ρ v^2 kuvaa myös vastusvoiman osaa ja on hyödyllinen nopeuden mittauksessa.

Käytännössä nopeusvoimat vaikuttavat ajoneuvojen suunnitteluun, urheiluun ja ympäristö- sekä teollisuustutkimukseen: mitä suurempi nopeus, sitä suurempi vastus ja sitä suurempi on energian tarve voiman tuottamiseen. Teho voidaan ilmentää kaavalla P = F v, jolloin voiman ja nopeuden yhteisvaikutus määrittää kulutuksen.

Termiä nopeusvoima käytetään yleisesti kuvaamaan näitä nopeudesta riippuvia voimia, eikä sitä pidä tulkita erillisenä perusvoimana.