نیروی پسار

نیروی پَسار[1] یا پسا (به انگلیسی: ِDrag) یا نیروی مقاومت شاره[2] نامی است که در فیزیک و دینامیک سیالات به نیروهایی که در جهت بازداشتن اجسام از حرکت در درون سیالات کار می‌کنند، داده می‌شود.[3] زمانی که جسمی درون سیال حرکت می‌کند برهم کنشی بین جسم و سیال رخ می‌دهد. تنش برشی به علت اثرات گرانروی و تنش‌های عمودی به علت فشار بر جسم وارد می‌شوند. به برآیند این نیروها در جهت سرعت جریان بالاسری نیروی پسار و عمود بر جهت سرعت جریان بالاسری نیروی برآر گفته می‌شود. در حالت کلی نیروی پسار را می‌توان به فرم زیر نوشت.[4]

زمانی که یک شی در گاز یا مایع حرکت می‌کند نیرویی در خلاف جهت حرکت شی به آن وارد می‌شود. یک کره در جریان استوکس در عدد رینولدز پایین نشان داده شده‌است.

${\displaystyle F_{D}\,=\,\int dF_{x}\,=\,\int pcos\theta \,dA\,+\,\int \tau _{w}\,sin\theta \,dA}$

که ${\displaystyle \theta }$ زاویه بین جهت سرعت سیال و نیروی عمودی بر سطح است. در حالت کلی محاسبه توزیع تنش و فشار بر جسم دشوار است. از این‌رو برای محاسبه نیروی پسار از روش‌های تجربی استفاده می‌شود. آزمایش‌هایی که در تونل باد، تونل آب یا دیگر روش‌های ابداعی بر روی مدل کوچک انجام می‌شود می‌تواند توسط تحلیل ابعادی به پیش نمونه مرتبط گردد. یکی از اعداد بدون بعد که در محاسبه نیروی پسار استفاده می‌شود ضریب درگ است که خود تابعی از دیگر اعداد بدون بعد عدد رینولدز، ماخ، فرود و زبری نسبی سطح ${\displaystyle \varepsilon \,/{\mathit {l}}\,}$ است.

انواع نیروی پسار

شکل و جریان	پسار فشاری	پسار اصطکاکی
	۰٪	۱۰۰٪
	~۱۰٪	~۹۰٪
	~۹۰٪	~۱۰٪
	۱۰۰٪	۰٪

نیروی پسار اصطکاکی بخشی از نیروی پسار است که به تنش برشی بر سطح جسم ارتباط دارد. این نیرو نه تنها تابع بزرگی تنش برشی بلکه به جهت گیری سطحی که بر آن عمل می‌کند نیز بستگی دارد. اگر جسم سطحی به موازات جهت سرعت جریان باشد تمام تنش برشی در نیروی پسار نقش دارد ولی اگر سطح عمود بر جهت سرعت جریان باشد تنش برشی هیچ نقشی در نیروی پسار ندارد. در حالت کلی برای اجسام با اشکال متفاوت تنش برشی مؤثر بر نیروی پسار چیزی بین این دو حالت حدی است. از آنجایی که گرانروی اکثر سیالاتی که استفاده می‌شود کم است. از این‌رو نیروی پسار اصطکاکی نقش کمی در نیروی پسار کلی دارد. اگر بر اساس اعداد بدون بعد این موضوع بیان شود یعنی در عدد رینولدزهای بالا نقش تنش برشی در نیروی پسار کم خواهد بود. برای اجسام خط جریانی یا در رینولدزهای پایین بیشتر نیروی پسار ناشی از تنش برشی است. نیروی پسار اصطکاکی با توجه به رابطه زیر به دست می‌آید

${\displaystyle F_{Df}\,=\,{\tfrac {1}{2}}\,\rho \,v^{2}\,C_{Df}\,A}$

که در آن ${\displaystyle C_{Df}}$ ضریب پسار که تابعی از عدد رینولدز و زبری نسبی سطح است. V سرعت حرکت جسم در سیال است. A سطح مقطع جسم است و برای اجسام با سطح مقطع متغیر، مساحتی معادل است که باید در تعیین ضریب درگ مشخص گردد. ρ هم چگالی سیال است.

پسار فشاری بخشی از نیروی پسار است که ناشی از فشار بر روی سطح جسم است. به علت تاثیرپذیری زیاد از شکل جسم به پسار شکلی نیز معروف است. پسار فشاری به بزرگی و همچنین جهت گیری سطحی که بر آن اعمال می‌شود بستگی دارد. برای مثال در سطحی موازی جهت حرکت سیال نیروی فشاری عمود بر جهت سرعت سیال وارد می‌شود و لذا در نیروی پسار هیچ تأثیری ندارد در حالی که برای سطحی عمود بر جهت جریان همه نیروی پسار ناشی از پسار فشاری خواهد بود. همانند پسار اصطکاکی برای اجسام با اشکال مختلف نسبت نیروی پسار فشاری بین این دو حالت حدی خواهد بود.

جستارهای وابسته

• ضریب پسار
• پسارگیر

پانویس

1. واژه «پسار» از پیشنهادهای فرهنگستان است و پیش‌تر در متن‌های هوانوردی فارسی به آن «پسا» می‌گفتند.
2. فیزیک (۳).
3. Currie, I. G. Fundamental Mechanics of Fluids, McGraw-Hill, Inc. , 1974. ISBN 0-07-014950-X
4. Munson(2002), p536, eq9-2

منابع

• Currie, I. G. Fundamental Mechanics of Fluids, McGraw-Hill, Inc. , 1974. ISBN 0-07-014950-X

• Munson B.R. Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, Inc. , 2002. ISBN 0-471-44250-X