Coeficiente de Arrastre: Definición, ejemplos y ecuación ¿Qué es el arrastre en física?

Publicado el 8 abril, 2024 por Rodrigo Ricardo

Física

¿Qué es arrastrar?

Imagina dos hojas de papel lanzadas por el aire. La primera pieza se ha doblado en un avión de papel, mientras que la segunda sigue siendo una hoja plana de papel. De estos dos, ¿cuál es más probable que viaje más lejos? Para responder a esta pregunta, se debe considerar cómo ambos papeles se ven afectados por el arrastre. El arrastre (también conocido como resistencia del aire o arrastre aerodinámico) es la fuerza que actúa sobre un objeto sólido cuando se mueve a través de un fluido (como el aire o el agua). El arrastre siempre funciona en contra de la dirección relativa en la que se mueve el objeto y depende tanto de la forma del objeto como de las propiedades del fluido a través del cual se desplaza.

El arrastre es un aspecto crucial de la física que debe tenerse en cuenta en la vida diaria. La mayoría de las formas de transporte fabricadas están construidas para reducir la resistencia y aumentar la eficiencia. Las personas que practican deportes extremos también deben tener en cuenta los efectos de la resistencia. Por ejemplo, la resistencia influirá en la velocidad a la que caen los paracaidistas o en la velocidad máxima que pueden alcanzar los corredores o los nadadores.

Física detrás del arrastre

Cuando un objeto viaja por el aire, choca con las partículas que componen el aire, lo que reduce la velocidad del objeto. Esto puede ser más fácil de visualizar a mayor escala. Imagina a una persona caminando por una habitación llena de cajas de cartón vacías. La persona debe caminar en línea recta de un extremo a otro de la habitación sin mover las cajas con las manos. Mientras caminan, chocan contra las cajas esparcidas por toda la habitación. Las cajas se apartarán a medida que la persona continúa caminando, pero reducirán efectivamente la velocidad de la marcha de la persona. Este es el concepto básico detrás de los tipos de fricción.

En este ejemplo, las cajas representan partículas en el aire a una escala mucho mayor. Mientras la persona camina por la habitación, también choca con partículas suspendidas en el aire. Aunque estas partículas son mucho más pequeñas que las cajas de cartón y, por lo tanto, más difíciles de ver, todavía generan fuerzas opuestas que ralentizan el movimiento de la persona que camina por la habitación.

Ecuación de arrastre

La fuerza de arrastre se puede calcular usando la siguiente ecuación:

{eq}F=c*\frac{1}{2}pv^2A {/eq}

F D = 1 2 C ρ A v 2

En esta fórmula de arrastre, cada variable se define de la siguiente manera:

“F” representa la fuerza de arrastre (que es la fuerza activa aplicada a un objeto debido al arrastre)
p es la densidad del fluido (que es menor en un fluido como el aire y mayor en un fluido como el agua)
v representa la velocidad de flujo del objeto (en relación con el fluido)
A representa el área de referencia frontal del objeto (el lado del objeto que choca con las partículas de fluido, que sería más bajo en una bola de papel arrugada en comparación con una hoja de papel plana)
“c” representa el coeficiente de arrastre

Coeficiente de arrastre

Al reorganizar la ecuación de la fórmula de arrastre anterior, la ecuación del coeficiente de arrastre aparece como tal:

{eq}c=\frac{2F}{pV^2A} {/eq}

Ejemplos de los efectos de arrastre

Hay muchos ejemplos de cómo la resistencia es importante en la vida diaria. Por ejemplo, el arrastre es un componente importante necesario para explicar:

Rendimiento de natación en peces.
Cómo funcionan los paracaídas
Factores que aumentan la eficiencia del vehículo

Resumen de la lección

El arrastre (también conocido como arrastre aerodinámico o resistencia del aire) es la fuerza opuesta que se aplica a un objeto que se mueve a través de un fluido en relación con su velocidad relativa. Cuando un objeto se mueve a través de un fluido, choca con partículas dentro del fluido. El arrastre depende de las propiedades tanto del objeto como del fluido. Los objetos con un área de superficie mayor experimentarán una mayor resistencia. Del mismo modo, los fluidos más densos tendrán más partículas para que un objeto choque con una determinada trayectoria. El arrastre (“F”) se puede explicar mediante la siguiente ecuación, donde “p” es la densidad del fluido, “v” es la velocidad de flujo de un objeto en relación con el fluido, “A” es el área de superficie de referencia del objeto. chocando con las partículas, y “c” es el coeficiente de arrastre :