¿Es la resistencia del aire proporcional a la velocidad al cuadrado?

Si. Para flujos viscosos, la resistencia es proporcional a la velocidad, pero para fluidos de menor viscosidad como el aire, la resistencia es proporcional a la velocidad al cuadrado.

Una derivación muy fácil de esto es considerar el cambio de impulso del aire que se saca del camino. En el tiempo dt, el área x dx volumen de aire se acelera a la velocidad v por el objeto que se aproxima. Agregue una densidad para obtener una masa de aire y un coeficiente para describir la relación entre el área de sección transversal real de los objetos y su área efectiva, y usted tiene la ley de resistencia al aire.

[matemáticas] F_d = c_D \ rho A v ^ 2 [/ matemáticas]

Para flujos mucho más viscosos, como el flujo de Stokes, la velocidad inicial y final del fluido es la misma (es decir, cero), por lo que pierde una copia de v, pero tiene que agregar un término para la viscosidad.

Para velocidades bajas (lo suficientemente lentas como para no causar turbulencias), la resistencia del aire es proporcional a la primera potencia de velocidad. Si se genera turbulencia, la fuerza de arrastre es proporcional al cuadrado de la velocidad de flujo relativa con respecto al objeto.
La forma se puede derivar del análisis dimensional:
Ecuación de arrastre
o las ecuaciones de Navier-Stokes (en el caso del aire, para un fluido compresible)
Ecuaciones de Navier-Stokes
Número de Reynolds
Ley de Stokes

El arrastre es una combinación de pérdida de presión dinámica no recuperable proporcional a v ^ 2 y fricción de la piel proporcional a v.
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El primer término es arrastrar = A x Cd x 1/2 rho v ^ 2 donde A es el área frontal, Cd es el coeficiente de arrastre, rho es la densidad del fluido y v es la velocidad del cuerpo en relación con el fluido.
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Un cuerpo alargado con formas de cola frontal y relativamente buenas puede tener una importante contribución de arrastre de piel (viscoso) que es proporcional a v.
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Dado que la ecuación de presión dinámica es simple de usar y lo suficientemente cerca la mayor parte del tiempo, a menudo se dice que la resistencia es dependiente de v ^ 2. Es un buen modelo para pensar en su automóvil, por ejemplo.
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Para cuerpos que operan en un límite de densidad con una relación suficiente de las 2 densidades de fluido (por ejemplo, aire sobre agua que actúa en un bote), la relación v ^ 2 puede ser suficiente para el arrastre debido al fluido de menor densidad (el aire). El arrastre en el fluido más denso (el agua) tiene una relación más compleja. Los componentes v ^ 2 y v todavía están allí, pero por encima de cierta velocidad, se arrastra el arrastre de onda. Cuando la poca profundidad que se forma detrás de la ola de proa se estira para alcanzar la popa y el agua no se llena suavemente detrás de la popa, entonces domina la resistencia de la ola y el barco ha alcanzado su “velocidad de casco”. El poder requerido se eleva dramáticamente por encima de esta velocidad. La velocidad del casco es una función de la longitud. Los barcos más largos pueden correr más rápido antes de alcanzar su límite de velocidad del casco, los cascos de planeamiento están menos sujetos o no al límite de velocidad del casco dependiendo de qué tan bien planeen. Los hidroalas con el casco completamente libre de agua tampoco tienen el límite de velocidad del casco.

A medida que un cuerpo se mueve a través del aire, la resistencia del aire está trabajando en el cuerpo.
(fuerza x distancia) ese trabajo proviene de la energía cinética dada al fluido
Trabajo = Cd. Energía cinética
Donde Cd el coeficiente de arrastre, permite una variedad de factores que incluyen la forma del objeto que impacta en la cantidad de energía transferida.

Fd = Cd. 1/2 masa de fluido. v ^ 2
F = 1/2 Cd.A.rho v ^ 2
Nota El anuncio es proporcional al volumen de fluido desplazado
Rho = densidad = masa / volumen

No, a la velocidad. Ver la ley de Stokes para objetos esféricos.

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Si y no.

SÍ: la resistencia del aire es solo proporcional a la velocidad al cuadrado a altas velocidades (flujo turbulento).

NO: a bajas velocidades (flujo laminar), la resistencia del aire es proporcional a la velocidad.

Para bajas velocidades, sí