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
