यहाँ पृथ्वी पर, हम वायु प्रतिरोध (उर्फ 'ड्रैग') को हल्के में लेते हैं। हम केवल यह मान लेते हैं कि जब हम एक गेंद फेंकते हैं, एक विमान लॉन्च करते हैं, एक अंतरिक्ष यान को नीचे गिराते हैं, या एक बंदूक से एक गोली दागते हैं, तो हमारे वायुमंडल से यात्रा करने का कार्य स्वाभाविक रूप से इसे धीमा कर देगा। लेकिन इसका कारण क्या है? हवा किसी वस्तु को धीमा करने में कैसे सक्षम है, चाहे वह फ्री-फॉल में हो या उड़ान में?
हवाई यात्रा पर हमारी निर्भरता के कारण, अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए हमारा उत्साह, और खेल के प्रति हमारा प्यार और चीजों को हवाई बनाना (स्वयं सहित), वायु प्रतिरोध को समझना समझने की कुंजी है भौतिक विज्ञान , और कई वैज्ञानिक विषयों का एक अभिन्न अंग। द्रव गतिकी के रूप में जाने जाने वाले उप-अनुशासन के भाग के रूप में, यह वायुगतिकी, हाइड्रोडायनामिक्स, खगोल भौतिकी और परमाणु भौतिकी (कुछ नाम रखने के लिए) के क्षेत्रों पर लागू होता है।
परिभाषा:
परिभाषा के अनुसार, वायु प्रतिरोध उन बलों का वर्णन करता है जो किसी वस्तु की सापेक्ष गति के विरोध में होते हैं क्योंकि यह हवा से गुजरती है। ये ड्रैग फोर्स आने वाले प्रवाह वेग के विपरीत कार्य करते हैं, इस प्रकार वस्तु को धीमा कर देते हैं। अन्य प्रतिरोध बलों के विपरीत, ड्रैग सीधे वेग पर निर्भर करता है, क्योंकि यह शुद्ध वायुगतिकीय बल का घटक है जो गति की दिशा के विपरीत कार्य करता है।
इसे कहने का एक और तरीका यह होगा कि वायु प्रतिरोध हवा के अणुओं के साथ वस्तु की अग्रणी सतह के टकराव का परिणाम है। इसलिए यह कहा जा सकता है कि दो सबसे सामान्य कारक जिनका वायु प्रतिरोध की मात्रा पर सीधा प्रभाव पड़ता है, वे हैं वस्तु की गति और वस्तु का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र। एर्गो, बढ़ी हुई गति और क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रों दोनों के परिणामस्वरूप वायु प्रतिरोध की मात्रा में वृद्धि होगी।
एक गोली और उसके चारों ओर बहने वाली हवा को दर्शाने वाला चित्र, वायु प्रतिरोध को दृश्य प्रतिनिधित्व देता है। क्रेडिट: एंड्रयू डेविडहाज़ी / रोचेस्टर इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी
वायुगतिकी और उड़ान के संदर्भ में, ड्रैग का तात्पर्य जोर के विपरीत कार्य करने वाले दोनों बलों के साथ-साथ इसके लंबवत काम करने वाले बल (यानी लिफ्ट) से है। एस्ट्रोडायनामिक्स में, वायुमंडलीय ड्रैग स्थिति के आधार पर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तरह का बल होता है। जब अंतरिक्ष यान कक्षा से पृथ्वी पर लौट रहा होता है तो यह लिफ्ट-ऑफ और ईंधन बचत के दौरान ईंधन और दक्षता दोनों पर एक नाली है।
वायु प्रतिरोध की गणना:
वायु प्रतिरोध की गणना आमतौर पर 'ड्रैग समीकरण' का उपयोग करके की जाती है, जो अपेक्षाकृत बड़े वेग से द्रव या गैस के माध्यम से चलती वस्तु द्वारा अनुभव किए गए बल को निर्धारित करती है। इसे गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
इस समीकरण में,एफडीड्रैग फोर्स का प्रतिनिधित्व करता है,पीद्रव का घनत्व है,वीध्वनि के सापेक्ष वस्तु की गति है,प्रतिक्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है, औरसीडीड्रैग गुणांक है। परिणाम वह है जिसे 'द्विघात ड्रैग' कहा जाता है। एक बार यह निर्धारित हो जाने के बाद, ड्रैग को दूर करने के लिए आवश्यक शक्ति की मात्रा की गणना में एक समान प्रक्रिया शामिल होती है, जिसे गणितीय रूप से व्यक्त किया जा सकता है:
यहां,पी.डी.ड्रैग के बल को दूर करने के लिए आवश्यक शक्ति है,एफडीड्रैग फोर्स है, वी वेग है,पीद्रव का घनत्व है,वीध्वनि के सापेक्ष वस्तु की गति है,प्रतिक्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है, औरसीडीड्रैग गुणांक है। जैसा कि यह दिखाता है, बिजली की जरूरतें वेग का घन हैं, इसलिए यदि 80 किलोमीटर प्रति घंटे की गति के लिए 10 अश्वशक्ति लगती है, तो 160 किलोमीटर प्रति घंटे जाने के लिए 80 अश्वशक्ति लगेगी। संक्षेप में, गति को दोगुना करने के लिए बिजली की मात्रा के आठ गुना आवेदन की आवश्यकता होती है।
एक एफ -22 रैप्टर एक सोनिक बूम प्राप्त करने के लिए पर्याप्त वेग तक पहुंचता है। साभार: अजीबोगरीब.org
वायु प्रतिरोध के प्रकार:
वायुगतिकी में तीन मुख्य प्रकार के ड्रैग होते हैं - लिफ्ट इंड्यूस्ड, पैरासिटिक और वेव। प्रत्येक एक वस्तु को ऊपर रहने की क्षमता के साथ-साथ वहां रखने के लिए आवश्यक शक्ति और ईंधन को प्रभावित करता है। लिफ्ट प्रेरित (या सिर्फ प्रेरित) ड्रैग त्रि-आयामी लिफ्टिंग बॉडी (विंग या फ्यूजलेज) पर लिफ्ट के निर्माण के परिणामस्वरूप होता है। इसके दो प्राथमिक घटक हैं: भंवर ड्रैग और लिफ्ट-प्रेरित चिपचिपा ड्रैग।
भंवर शरीर की ऊपरी और निचली सतहों पर अलग-अलग दबाव की हवा के अशांत मिश्रण से निकलते हैं। लिफ्ट बनाने के लिए इनकी जरूरत होती है। जैसे-जैसे लिफ्ट बढ़ती है, वैसे-वैसे लिफ्ट से प्रेरित ड्रैग भी होता है। एक विमान के लिए इसका मतलब है कि हमले के कोण और लिफ्ट गुणांक स्टाल के बिंदु तक बढ़ते हैं, इसलिए लिफ्ट-प्रेरित ड्रैग भी करता है।
इसके विपरीत, एक तरल पदार्थ के माध्यम से एक ठोस वस्तु को स्थानांतरित करने के कारण परजीवी ड्रैग होता है। इस प्रकार का ड्रैग कई घटकों से बना होता है, जिसमें 'फॉर्म ड्रैग' और 'स्किन फ्रिक्शन ड्रैग' शामिल हैं। उड्डयन में, प्रेरित ड्रैग कम गति पर अधिक होता है क्योंकि लिफ्ट को बनाए रखने के लिए हमले के एक उच्च कोण की आवश्यकता होती है, इसलिए गति बढ़ने पर यह ड्रैग बहुत कम हो जाता है, लेकिन परजीवी ड्रैग बढ़ता है क्योंकि तरल पदार्थ तेजी से बहने वाली वस्तुओं के आसपास तेजी से बह रहा है जिससे घर्षण बढ़ रहा है। संयुक्त समग्र ड्रैग कर्व कुछ एयरस्पीड पर न्यूनतम है और इसकी इष्टतम दक्षता पर या उसके करीब होगा।
अंतरिक्ष शटल कोलंबिया 12 अप्रैल, 1981 को अपनी पहली यात्रा पर रवाना हुआ। श्रेय: NASA
वेव ड्रैग (कंप्रेसिबिलिटी ड्रैग) एक कंप्रेसिबल फ्लुइड के माध्यम से उच्च गति से चलने वाले शरीर की उपस्थिति से बनता है। वायुगतिकी में, वेव ड्रैग में उड़ान की गति व्यवस्था के आधार पर कई घटक होते हैं। ट्रांसोनिक उड़ान में - मच 0.5 या उससे अधिक की गति पर, लेकिन फिर भी मच 1.0 से कम (उर्फ ध्वनि की गति) - वेव ड्रैग स्थानीय सुपरसोनिक प्रवाह का परिणाम है।
ध्वनि की गति से काफी कम गति से यात्रा करने वाले पिंडों पर सुपरसोनिक प्रवाह होता है, क्योंकि शरीर पर हवा की स्थानीय गति तब बढ़ जाती है जब यह शरीर के ऊपर तेज हो जाती है। संक्षेप में, ट्रांसोनिक गति से उड़ने वाले विमान अक्सर परिणामस्वरूप तरंग खींचते हैं। यह सुपरसोनिक ऑब्जेक्ट बनने से पहले, मैक 1.0 के ध्वनि अवरोध के पास विमान की गति के रूप में बढ़ जाता है।
सुपरसोनिक उड़ान में, वेव ड्रैग शरीर के अग्रणी और अनुगामी किनारों पर बनने वाली तिरछी शॉकवेव का परिणाम है। अत्यधिक सुपरसोनिक प्रवाह में इसके बजाय धनुष तरंगें बनेंगी। सुपरसोनिक गति पर, वेव ड्रैग को आमतौर पर दो घटकों में विभाजित किया जाता है, सुपरसोनिक लिफ्ट-डिपेंडेंट वेव ड्रैग और सुपरसोनिक वॉल्यूम-डिपेंडेंट वेव ड्रैग।
उड़ान के साथ हवा के घर्षण की भूमिका को समझना, इसके यांत्रिकी को जानना, और इसे दूर करने के लिए आवश्यक शक्ति के प्रकार को जानना, एयरोस्पेस और अंतरिक्ष अन्वेषण की बात करते समय सभी महत्वपूर्ण हैं। यह सब जानना भी महत्वपूर्ण होगा जब हमारे सौर मंडल में और अन्य स्टार सिस्टम में अन्य ग्रहों का पता लगाने का समय आएगा!
हमने यहां यूनिवर्स टुडे में वायु प्रतिरोध और उड़ान के बारे में कई लेख लिखे हैं। यहाँ पर एक लेख है टर्मिनल वेग क्या है? , विमान कैसे उड़ते हैं? , घर्षण का गुणांक क्या है? , तथा गुरुत्वाकर्षण बल क्या है?
यदि आप नासा के विमान कार्यक्रमों के बारे में अधिक जानकारी चाहते हैं, तो देखें वायुगतिकी के लिए शुरुआती गाइड , और यहाँ के लिए एक लिंक है ड्रैग समीकरण .
हमने एस्ट्रोनॉमी कास्ट के कई संबंधित एपिसोड भी रिकॉर्ड किए हैं। यहाँ सुनो, एपिसोड 102: ग्रेविटी .
