Upor proti pretoku je obsežen problem. Poraba goriva avtomobila pri visoki hitrosti v glavnem izhaja iz zračnega upora in ne zaradi tornega upora tal. Razlog, zakaj lahko smog "visi" v zraku, je tudi upor proti toku. Vse to ponazarja pomen zračnega upora.
01
Diferencialni upor tlaka in upor trenja
Z vidika sile je upor predmeta neposredno delovanje tekočine na njegovo površino. Tisto, kar je pravokotno na površino predmeta, je tlak tekočine, upor, ki ga ustvarja, pa se imenuje upor diferenčnega tlaka; tisto, kar je vzporedno s površino predmeta, je viskozna strižna sila tekočine, upor, ki ga ustvarja, pa se imenuje torni upor. Razen teh dveh sil ni nobene druge sile. Zato je skupni upor predmeta rezultanta sile upora razlike tlaka in upora trenja. Odpornost na razliko v tlaku je tesno povezana z obliko predmeta, odpornost proti trenju pa je v glavnem povezana s površino predmeta.
Ponekod piše, da poleg odpornosti na tlačne razlike in odpornosti proti trenju obstaja inducirana odpornost, odpornost na udarne valove itd., kar je nesporazum. Pravzaprav lahko tako inducirano odpornost kot odpornost proti udarnemu valu pripišemo odpornosti proti različnim tlakom in odpornosti proti trenju (predvsem odpornosti proti različnim tlakom).
02
oblikovni upor posteriorni upor
Že od antičnih časov je znano, da bodo predmeti, ki se premikajo v tekočini, občutili upor, upor pa je tesno povezan z obliko predmeta. Toda prvotna teorija mehanike tekočin je prišla do nasprotnega zaključka. Na podlagi Eulerjevih in Bernoullijevih zakonov gibanja tekočine, če zanemarimo viskoznost tekočine, tekočina ne bo povzročila odpornosti na predmete kakršne koli oblike, ki se premikajo v njej.
Zdi se, da je upor v celoti posledica viskoznosti, vendar je viskoznost zraka zelo majhna, upor zaradi trenja pa je veliko manjši od dejansko izmerjenega aerodinamičnega upora. To protislovje je v zgodovini znano kot "D'Alembertov paradoks", ker ga je predlagal francoski matematik D'Alembert.
Šele ko je Prandtl predstavil teorijo mejne plasti, so ljudje zares spoznali bistvo upora proti toku. Odpornost na tlačno razliko je glavna komponenta aerodinamičnega upora, medtem ko je pri splošnih objektih odpornost na tlačno razliko v glavnem posledica ločitve mejne plasti.
Zgodnji ljudje (mogoče mnogi mislijo tako zdaj) so na podlagi nekakšne "zdrave pameti" verjeli, da oblika sprednjega dela predmeta določa velikost upora in da bo upor majhen, če je sprednji del ostrejši . Pri teoriji mejne plasti je bolj pomembno odkriti obliko zadnjega dela predmeta. Kajti oblika hrbtne strani predmeta določa, kje se loči mejna plast in s tem porazdelitev pritiska na površino predmeta.
Navadne ribe in ptice imajo razmeroma popolna poenostavljena telesa z okroglimi glavami in koničastimi repi.
03
Odpornost na obliko Prednji upor
Čeprav je za upor odločilna oblika zadnjega dela objekta, je pomembna tudi oblika sprednjega dela. Na primer, če je sprednja stran predmeta kvadratna, se bo tekočina zgodaj ločila na ostrih vogalih, skrbno oblikovana oblika zadnje strani pa bo izgubila svoj pomen. Pri tovornjakih, ki trenutno vozijo po avtocesti, je dosežena optimizacija oblike osredotočena predvsem na sprednji del, zadnji del pa je omejen z obliko zabojnika, zato je bilo opravljenega manj dela. Pri predmetih, ki se premikajo s transonično hitrostjo, bo udarni val ustvaril dodaten upor, zato je sprednji del zasnovan v zelo koničasti obliki, tako da je kot stožca udarnega vala manjši, da se zmanjša upor.
04
Odpornost na udarne valove
Ko se hitrost vhodnega toka približa ali preseže hitrost zvoka, se ustvarijo udarni valovi, ki bodo prinesli dodatno odpornost proti udarnim valom. V bistvu je odpornost na udarne valove tudi neke vrste odpornost na razliko v tlaku, ki nastane zaradi nezadostne obnovitve tlaka v zadnji polovici predmeta zaradi obstoja udarnih valov. Če zanemarimo izgubo viskoznosti, kadar ni udarnega vala, upočasnitev zračnega toka v drugi polovici predmeta ustreza dvigu tlaka Δp1; ko je udarni val, zračni tok delno izgubi del mehanske energije pri prehodu skozi udarni val, dvig tlaka Δp2, ki ustreza istemu pojemku, pa bo manjši od Δp1. Zato je pri udarnem valu tlak v zadnji polovici predmeta nekoliko nižji, kar je vir odpornosti proti udarnemu valu. Če ostrite sprednji rob predmeta, lahko zmanjšate kot udarnega stožca, s čimer zmanjšate izgubo, ki jo povzroči udarni val, in zmanjšate tudi upor udarnega vala. Ko ladja potuje po vodni gladini, ustvarja površinske valove in ima tudi valovni upor, zato naj bo koničasta, medtem ko bo podmornica, ki potuje pod vodo, zaobljena.
Uporaba izgube energije za razlago odpornosti proti udarnemu valu ni dovolj neposredna. Navsezadnje sta tlak in viskozna sila na površini predmeta dejavnika, ki neposredno določata velikost upora. Nato je odpornost udarnih valov razložena s spremembo površinskega tlaka predmeta.
05
Vpliv oblike in kakovosti površine na upor
Zmanjševanje upora je večna tema mehanike tekočin. Uporaba poenostavljenih linij lahko učinkovito zmanjša upor diferenčnega tlaka, predvsem zato, ker na površini dobro oblikovanega poenostavljenega telesa ni ločitve mejne plasti, s čimer se zmanjša upor na diferenčni tlak.
Poleg oblike na upor vpliva tudi hrapavost površine predmeta. Na splošno velja, da bolj gladka je površina, manjši je torni upor, včasih pa je površina predmeta namenoma hrapava, tako da mejna plast postane turbulentna, da prepreči ločevanje, s čimer se bistveno zmanjša upor diferenčnega tlaka.
06
Povzemite
Pri analizi aerodinamičnega upora predmeta je navada mehanike tekočin ta, da ga razdeli glede na obliko sile. Upor, ki ga povzroča pritisk, ki deluje navpično na površino predmeta, se imenuje upor diferenčnega tlaka, medtem ko se upor, ki ga povzroča sila trenja vzporedno s površino predmeta, imenuje upor pri trenju. Ker na površini predmeta ni nobene druge sile razen teh dveh sil, je vsaka vrsta upora bodisi upor na tlačno razliko ali upor na trenje ali oboje.
Odpornost razlike v tlaku, ki jo povzroči ločitev toka, in odpornost na razliko v tlaku, ki jo povzroči udarni val, sta največja dejavnika, ki vplivata na aerodinamični upor predmetov.
Podzvočni objekti z nizkim uporom imajo okrogle glave in koničaste repe, medtem ko imajo nadzvočni objekti z nizkim uporom koničaste konce.
