Samochodem przez fizyk* Dynamiczny ruch samochodu

advertisement
Samochodem przez fizykę dynamiczny opis ruchu
samochodu
1 Jakie siły
działają na
stojący
samochód:
2 Dlaczego
samochód
przyspiesza:
3 Jakie siły
działają na
samochód
podczas
jazdy.
4 Jakie siły
działają na
człowieka w
samochodzie.
5.Wyjście.
Obie siły równoważą się
przez co ciało pozostaje
w spoczynku.
Siła Fs – siła
sprężystości podłoża
Fg -siła grawitacji
Fg+Fs=O
Siła grawitacji – jest to
skierowana ku środkowi ziemi
siła, z jaką ziemia przyciąga
wszystkie obiekty (martwe i
żywe). Siła ta jest wprost
proporcjonalna do masy ciała:
Współczynnik
proporcjonalności g zależy w
niewielkim stopniu od
szerokości geograficznej ; w
Polsce równy jest:
Pochodzenie siły nacisku
podłoża na spoczywający na
nim obiekt jest takie samo, jak
pochodzenie siły, z jaką
sprężyna przeciwstawia się
zmianom swego kształtu – stąd
nazwa siła sprężystości podłoża.
W odróżnieniu od sprężyny,
której odkształcenie łatwo
zauważyć, odkształcenie
podłoża jest zwykle znikomo
małe, niewidoczne gołym
okiem, o tym, że siła nacisku
podłoża działa na koło,
świadczy wyraźne odkształcenie
opony.
Watość składowej prostopadłej obliczmy ze
wzoru:
Gdy samochód stoi to siła F musi być zrównoważona. Tę siłę działającą zawsze
stycznie do podłoża i przeciwdziałająca względem ruchowi stykających się
powierzchni nazywamy siłą tarcia spoczynkowego (na rysunku F1)
Nasuwa się pytanie, jaką rolę w tym, że samochód stoi odgrywa hamulec
samochodu? Oczywiście zapobiega obracaniu się kół. Unieruchomienie kół
względem karoserii zawdzięczamy także sile tarcia spoczynkowego między
klockami hamulcowymi a tarczą hamulca tarczowego (lub między okładzinami
szczęk hamulcowych a bębnem hamulca bębnowego)
Rodzaj
powierzchni
Wartość
współczynnika
Stal po stali
0,15
Stal po drewnie
0,5
Stal po lodzie
0,027
Opona po suchej
betonowej szosie
1,0 wartość
zależna
od rodzaju
i stanu bieżnika
i ciśnienia
w oponie
Opona po mokrej
betonowej szosie
0,5
Doświadczenie dowodzi, że
wartość siły tarcia spoczynkowego
nie może przekroczyć pewnej
wartości , granicznej F1 max ,
która jest wprost proporcjonalna
do siły nacisku
Współczynnik proporcjonalności
fs zależy od rodzaju stykających
się powierzchni, od ich obróbki,
wilgotności i zanieczyszczeń.
a)
Newtonowskie
zasady
dynamiki
b)
Zasady
zachowania
pędu
Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub
działające siły się równoważą, to ciało
pozostaje w spoczynku lub porusza się
ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się
(czyli siła wypadkowa jest różna od zera),
to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost
proporcjonalnym do siły wypadkowej,
a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.
Przyspieszenie
Siła
masa
Niuton – jednostka siły w układzie SI (jednostka
pochodna układu SI), oznaczana N.
1 N to siła, z jaką trzeba działać na ciało o masie 1 kg, aby
nadać mu przyspieszenie równe 1 m/s²
1N = 1kg *
Można obliczyć przyspieszenia
auta
Z jakim przyspieszeniem
porusza się samochodzik o
masie 150g, na który działa
stała siła 2N?
Dane:
m= 150g= 0,15kg
F= 2N
a= ?
Należy skorzystać ze wzoru:
Obliczenia:
Odpowiedź: Samochodzik
porusza się z przyspieszeniem
równym 13,333… .
Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne.
Siły wzajemnego oddziaływania dwóch
ciał mają takie same wartości, taki sam
kierunek, przeciwne zwroty i różne
punkty przyłożenia (każda działa na inne
ciało).
Pęd w mechanice – wielkość fizyczna
opisująca ruch obiektu fizycznego. Pęd mogą
mieć wszystkie formy materii, np. ciała o
niezerowej masie spoczynkowej, pole
elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.
_
Zmiana pędu jest proporconalna do przyłożenia
siły, czasu jej działania
Pęd całkowity układu ciał, na który nie działają siły zewnętrzne,
jest stały, niezależny od zjawisk zachodzących wewnątrz tego
układu.
Jest to jedno z najważniejszych praw fizyki zwane zasada zachowania pędu.
Prawo to ma bardzo szerokie zastosowanie : służy do analizy skutków zderzeń,
zarówno samochodów i kul bilardowych oraz atomów i cząsteczek
elementarnych. Wyjaśnia także istotę napędu rakiet i samolotów odrzutowych.
Ciekawostka
W przypadku koła samochodowego
toczącego się po asfalcie współczynnik f
bardzo silnie maleje ze wzrostem
ciśnienia w oponach. Wielu kierowców
zapomina o tym, że tarcie toczne zależy
od stanu napompowania opon i jeżdżąc
na zbyt miękkich oponach dziwi się
nadmiernemu zużyciu paliwa w
samochodzie.
Przy dużych prędkościach samochodu
najważniejszym oporem ruchu staje się opór
powietrza. W zakresie prędkości typowych dla
samochodów siła oporu powietrza jest
proporcjonalna do kwadratu prędkości ruchu ciała
względem powietrza. Zwiększając prędkość dwa
razy, zwiększymy cztery razy siłę oporu.
Fop. =1/2 Cgv²S
g–gęstość powietrza g=1,3 kg/m
v- prędkość względem ośrodka
S- powierzchnia przekroju ciała
płaszczyzną prostopadłą do kierunku
ruchu
C- aerodynamiczny współczynnik kształtu
ok. 0,4
Ft - Siła tarcia tocznego
f–współczynnik tarcia tocznego
r- promień koła
Tarcie poślizgowe
Rodzaj
powierzchni
Twarde drewno po
twardym drewnie
Wartość
Tarcie toczne
Rodzaj
powierzchni
trących
Wartość
współczynnika
0,0005 m
Stal po stali
0,09-0,03
Żelazo po żelazie
lub stali
0,00005 m
Stal po stali ze
smarem
0,0009
Stal po lodzie
0,014
Stalowe kulki w
łożyskach
0,000005 m
Opona o suchy beton
0,7 (zmienne)
Dopóki samochód jedzie ze stałą prędkością
po gładkiej szosie, odczucia siedzącego w nim
pasażera nie różnią się zbytnio od odczuć
człowieka siedzącego w domu w fotelu i
oglądającego telewizję ponieważ obowiązuje
zasada bezwładności.
Jeżeli na ciało nie działają żadne
siły lub działające siły się
równoważą,
to ciało pozostaje w spoczynku lub
porusza się ruchem jednostajnym
prostoliniowym.
Bezwładność przejawiana jest, np.
podczas jazdy samochodem.
Z chwilą kiedy samochód
gwałtownie rusza nasze ciało
pochyla się do tyłu,
a kiedy ostro hamuje poruszamy
się do przodu ponieważ nasze
ciało zachowuje swój początkowy
stan, a tylko nogi poruszają się
wraz z podłogą samochodu.
Masa ciała jest miarą jego
bezwładności.
Bezwładność ciała polega na
dążeniu tego ciała do zachowania
swego stanu ruchu. Jeżeli ciało
spoczywa to chce spoczywać dalej,
a jeżeli ciało porusza się to chce
się poruszać dalej.
Choć podczas przyspieszenia czy też
hamowania zdaje się nam, że działa na nas
jakaś siła, to mielibyśmy ogromne
trudności ze wskazaniem ciała, które tę
siłę wywiera. Żadne ciało nie pcha nas
wstecz przy rozpędzaniu, a w przód przy
hamowaniu.
W rzeczywistości żadna siła nie wciska nas w oparcie
fotela rozpędzającego się samochodu- to oparcie
naciska na nas siłą potrzebną do nadania nam
przyspieszenia równego przyspieszeniu samochodu.
Gdybyśmy stali na wrotkach na platformie
przyspieszającej ciężarówki, wówczas platforma
wyjechałaby spod nas, a my zachowalibyśmy swą
poprzednią prędkość względem ziemi, spełniając
zasadę bezwładności. Podobne są przyczyny tego, że
„coś pcha nas do przodu przy hamowaniu”, nic nas nie
pcha na pasy bezpieczeństwa, to pasy naciskają na
nas, aby nas zahamować. Pasy albo siła tarcia
spoczynkowego naszego ubrania o fotel samochodu
zapobiegają utrzymywaniu przez nas stałej prędkości.
Z punktu widzenia obserwatora
zewnętrznego samochodu fotel wywiera
dodatkowy nacisk na pasażera, by nadać
mu przyspieszenie. Zasada równej akcji i
reakcji (III zasada dynamiki) zapewnia, że
i pasażer mocniej ciśnie na fotel.
Z punktu widzenia obserwatora w
samochodzie na pasażera działa siła
bezwładności zwiększająca jego nacisk na
oparcie fotela. Zasada równej akcji i
reakcji zapewnia, że i fotel zwiększa nacisk
na pasażera.
Jędrzej Chwaliński
Kamil Giżyński
Łukasz Klimczyk
Adrian Szumiński
1)
Francuz-Ornat G., Kulawik T., Nowożytny-Różańska M.: Spotkania z fizyką. Podręcznik dla
gimnazjum część 2, Nowa Era, Warszawa 2011
2)
Internet
https://www.google.pl/imghp?hl=pl&tab=wi
http://www.google.pl/imgres?hl=pl&biw=1588&bih=864&gbv=2&tbm=isch&tbnid=Wsx7SeaV3wgZG
M:&imgrefurl=http://www.tapeta-samochod-mercedes-rajdowy.napulpit.com/&docid=bQO48g130FEJ1M&imgurl=http://www.tapeta-samochod-mercedesrajdowy.na-pulpit.com/zdjecia/samochod-mercedesrajdowy.jpeg&w=1024&h=768&ei=0cKqT4P7ONTZ4QSi1vzqDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=1079&
vpy=476&dur=1&hovh=194&hovw=259&tx=128&ty=104&sig=100657506257283870705&page
=2&tbnh=155&tbnw=225&start=25&ndsp=30&ved=1t:429,r:16,s:25,i:226
http://www.google.pl/imgres?start=184&hl=pl&gbv=2&biw=1745&bih=889&tbm=isch&tbnid=O6W
HGN5zbHoPtM:&imgrefurl=http://www.topcars.pl/Ford,Mustang,Shelby,GT500,z,1967,roku,
piekny,i,wsciekly,klasyk,829.html&docid=ivW9jVEHVYMy_M&imgurl=http://www.topcars.pl
/archiwum/amerykany/aktualnosci/shelby/shelby_gt500_67_protouring_style/THUMBS/TH
UMB_WIDE_1967_Mustang_Shelby_GT500_RestoMod_04.jpg&w=610&h=316&ei=U8WqT9
b2HM_S4QS7o_2EBA&zoom=1&iact=rc&dur=459&sig=100657506257283870705&page=5&tb
nh=90&tbnw=173&ndsp=49&ved=1t:429,r:30,s:184,i:69&tx=79&ty=51
3)
Encyklopedia Fizyka
Download
Random flashcards
bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

Motywacja w zzl

3 Cards ypy

Pomiary elektr

2 Cards m.duchnowski

Create flashcards