Arrastre

Fuerza de Arrastre

Cuando un objeto se mueve a través de un fluido, como el agua, el fluido ejerce una fuerza de resistencia o fuerza de arrastre que tiende a reducir la velocidad del objeto.Esta fuerza depende de la forma del objeto, de las propiedades del fluido y de la velocidad del objeto respecto al fluido. A diferencia de la fuerza de rozamiento, la fuerza de arrastre crece con lavelocidad del objeto.
La fuerza de arrastre se expresa con frecuencia en la forma:


Dónde:

CD: coeficiente de arrastre, un factor adimensional. Su magnitud depende básicamente de la forma físicadel objeto y su orientación con relación a la corriente del fluido.
Es la presión dinámica.
Es la velocidad de la corriente libre del fluido con relación al cuerpo.
A se refiere a unacaracterística del área del cuerpo.

El coeficiente de arrastre es una función del número de Reynolds, Re. El número Re se define como

Donde
: es la densidad del fluido
d: diámetro de la esfera
v:velocidad de la esfera con la que se mueve en el fluido
: Viscosidad del fluido
Para un intervalo muy amplio de números de Reynolds el coeficiente se lo puede expresar de la siguiente manera:


Parpequeños números de Reynolds la ecuación se reduce a la forma:

Esta ecuación es conocida como la fórmula de Stokes.
Para un numero de Reynolds que varíe entre un rango de el coeficiente dearrastre es constante e igual a 0.4.
La ecuación para la fuerza de arrastre queda de la forma:



Ley de Stokes

El escurrimiento de un fluido viscoso incompresible alrededor de una esfera fueresuelto por Stokes para valores del número de Reynolds UD/v menores a la unidad. Sin embargo los resultados son de gran utilidad en problemas como la caída de partículas de polvo. Stokes encontró que elarrastre (es decir, la fuerza ejercida sobre la esfera por el fluido que escurría alrededor de ella) estaba dado por



Donde a es el radio de la esfera y U es la velocidad de la esfera...