Сила реакции опоры куда направлена: Что такое сила нормальной реакции? (статья)

2}}\ — ускорение свободного падения на высоте hh от поверхности Земли.

Силой тяжести называют силу, с которой тело притягивается к планете:

\[\boxed{F = mg} — \mathrm{сила}\ \mathrm{тяжести}\]

Рассмотрим твёрдое тело, расположенное на горизонтальной неподвижной опоре: под действием силы тяжести тело деформируется. Если тело находится на опоре, то на нижний слой действуют все верхние слои, и, как следствие, этот слой деформируется наибольшим образом. На предпоследний слой действует меньшее количество слоёв, и он деформируется меньше. Таким образом, тело, бывшее прямоугольным, примет вид трапеции. Нижний слой приблизился при такой деформации к центру тела, а значит, возникла сила упругости, направленная в сторону, противоположную направлению смещения частиц при деформации. Сила упругости, возникшая внутри данного тела, направлена перпендикулярно опоре. Эту силу, созданную деформированным телом и приложенную к опоре, называют весом тела. Опора под действием веса деформируется. Противоположная весу сила упругости действует на данное тело со стороны деформированной опоры и тоже направлена перпендикулярно опоре, но называется силой реакции опоры NN (от слова normal — перпендикуляр).










Рис. 9

На рисунке 9 тело не касается опоры для того, чтобы показать, что вес приложен к опоре, а сила реакции опоры к телу. В действительности площадь реального соприкосновения твёрдых тел невелика. Большей частью между телами находится тонкий слой воздуха.

Вполне очевидно, что если опоры нет, то и веса тело иметь не будет. Такое случится в том случае, если тело движется под действием только одной силы – силы тяготения.

Невесомостью называют состояние тела, когда оно движется под действием только силы тяготения.

Так же легко понять, что если на тело действует две силы (сила тяжести и сила реакции опоры), то эти силы не обязательно равны друг другу. Одна из них может быть больше другой.

Рассмотрим движение тела, помещённого в лифт. Пусть сам лифт движется с ускорением a→\vec a. Такое ускорение будет в двух случаях: 1) лифт поднимается равно ускорено, 2) лифт опускается равнозамедленно. Второй закон Ньютона для данного тела примет вид:








Рис. 10

N→+mg→=ma→.\vec N + m \vec g = m \vec a.

При рассмотрении данного движения из лабораторной неподвижной системы отсчёта OyOy увидим, что в проекции на вертикальную ось OyOy второй закон запишется следующим образом:

N-mg=ma,N — mg = ma,

откуда 

N=ma+mg=m(g+a).N = ma + mg = m(g+a).

Но по третьему закону Ньютона знаем, что сила реакции опоры и вес тела равны и противоположны, следовательно:

N=P,N = P,

тогда: P=m(g+a) -\boxed{P = m(g+a)}\ — вес тела, движущегося с ускорением, направленным вверх (рис. 10).2}{R})}\ — вес тела, движущегося с ускорением, направленным вверх (вогнутая дорога).

Важное дополнение:

Для рассматриваемой силы, называемой весом, важно понимать и уметь правильно изображать точку приложения этой силы.








На рисунке 11а показан лифт, у которого нет ускорения. Тогда сила тяжести равна силе реакции опоры . А по третьему закону Ньютона, сила реакции опоры равна весу тела. Точка приложения силы тяжести расположена в геометрическом центре тела, если тело однородно и правильной формы. Точка приложения силы реакции опоры должна быть изображена внутри тела вблизи с нижней поверхностью тела на линии действия силы тяжести. Последнее свойство на рисунке не выдержано для удобства изображения (иначе силы на рисунке будут накладываться друг на друга). Точка приложения веса тела находится внутри опоры (пола лифта) вблизи поверхности на линии действия силы реакции опоры.










                Рис.2} = \frac 18 F = 10\ \text{Н}.\]

Сила притяжения шаров станет меньше на 10 Н10\ \text{Н}, следовательно, станет равной 70 Н70\ \text{Н}.

Содержание

Куда направлена сила трения колеса. – «Как управлять автомобилем на скользкой дороге»

319. Зачем в гололедицу тротуары посыпают песком?
320. Зачем зимой задние колеса некоторых грузовых автомобилей перевязывают цепями?
321. Для чего при спуске воза с горы одно колесо телеги иногда закрепляют так, чтобы оно не вращалось?
322. Зачем на шинах автомашин, колесных тракторов делают глубокий рельефный рисунок (протектор)?
323. Зачем осенью у трамвайных линий, проходящих эколо парков, бульваров и садов, вывешивается предупреждающий знак «Осторожно, листопад!»?
324. Почему после дождя грунтовая дорога скользкая?
325. Почему после дождя опасно съезжать на автомобиле по грунтовой дороге под уклон?


Рис. 79

326. Зачем некоторые мастера смазывают мылом шуруп и винчиванием его в скрепляемые детали?
327. Зачем стапеля, по которым судно спускают в, обильно смазывают?
328. Для чего делается насечка около шляпки гвоздя?
329. Назовите одну-две детали велосипеда, изготовленных с учетом увеличения силы трения скольжения.
330. Какой вид трения возникает при движении каранда-н случаях, указанных на рисунке 78? Куда направлена сила трения по отношению к карандашу в случае а, в случае б-относительно книги?
331. Тележка с грузом движется (рис. 79). Какой вид иия возникает между: а) столом и колесами; б) грузом ккой; в) осями колес и корпусом тележки?
332. Почему кирпичи не скатываются вниз (рис. 80 и 81)? i сила удерживает их в состоянии покоя? Изобразите действующие на кирпичи.
333. Брусок двигают вправо (рис. 82). Куда направлена i трения скольжения по отношению к бруску; относимо поверхности, по которой движется брусок?
334. Лестница у стены занимает положение, изображении рисунке 83. Укажите направление силы трения в месте соприкосновения лестницы со стеной и полом.


Рис. 80


Рис. 81


Рис. 82


Рис. 83


Рис. 84


Рис. 85


Рис. 86

335. Брусок движется равномерно (рис. 84). Куда направлена: а) сила упругости горизонтальной части нити; б) вертикальной; в) сила трения скольжения относительно поверхности стола, относительно бруска; г) чему равна равнодействующая этих сил?
336. Колесо автомобиля буксует (рис. 85). Куда направлена сила трения скольжения между буксующим колесом и дорогой относительно: а) колеса; б) дороги? Куда направлена сила упругости дороги?
337. Книга прижата к вертикальной поверхности (рис. 86). Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
338. Тележка равномерно дви жется вправо (см. рис. 79). Какая ] сила приводит в движение груз, поставленный на нее? Куда направлена эта сила?
339. На транспортере равномерно движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком, когда ящик: а) поднимается; б) движется горизонтально; в) опускается?


Рис. 87

340. Если автобус равномерно движется по горизонгаль-.iy участку пути, чему равна сила трения покоя?
341. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действуюют на парашютиста?
342. С помощью динамометра равномерно перемещают г’сок (см. рис. 82). Чему равна сила трения скольжения между бруском и поверхностью стола? (Цена деления динамометра 1 Н.)
343. Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. На рисунке 87 показаны пропилы, сделанные неразведенной и разведенной пилами. Какой пилой труднее пилить: разведенной или неразведенной? Почему?
344. Приведите примеры, когда трение приносит пользу и когда вред.

Задача по физике — 5700

2017-12-15
Как направлена сила трения, действующая на ведущие колеса автомобиля, при разгоне (а), торможении (б), повороте (в)? Равна ли эта сила своему максимальному значению $\mu N$ ($\mu$ — коэффициент трения, $N$ — сила реакции полотна дороги), и если да, то в каких ситуациях? А в каких ситуациях нет? Хорошо это, или плохо, если сила трения достигает своего максимального значения? Почему? Какой автомобиль может развивать на дороге большую мощность — передне- или заднеприводный — при одинаковой мощности мотора и почему? Считать, что масса автомобиля распределена равномерно, и его центр тяжести находится посередине.


Решение:

Обсудим сначала вопрос о роли силы трения в движении машины. Представим себе, что водитель машины, стоящей на гладком-гладком льду (сила трения между колесами и льдом отсутствует), нажимает на педаль газа. Что будет происходить? Ясно, что машина ехать не будет: колеса будут вращаться, но будут пробуксовывать относительно льда — ведь трения-то нет. Причем это будет происходить независимо от мощности двигателя. А это значит, что для того, чтобы мощность двигателя использовать, нужно трение — без него машина не поедет.

Что же происходит, когда сила трения есть. Пусть сначала она очень маленькая, а водитель стоящей машины снова нажимает на педаль газа? Колеса (речь сейчас идет о ведущих колесах автомобиля, допустим это передние колеса) проскальзывают относительно поверхности (трение — маленькое), вращаясь так, как показано на рисунке, но при этом возникает сила трения, действующая со стороны дороги на колеса, направленная вперед по ходу движения машины. Она и толкает машину вперед.


Если сила трения большая, то при плавном нажатии на педаль газа колеса начинают вращаться, и как бы отталкиваются от шероховатостей дороги, используя силу трения, которая направлена вперед. При этом колеса не проскальзывают, а катятся по дороге, так, что нижняя точка колеса не перемещается относительно полотна. Иногда и при большом трении колеса пробуксовывают. Наверняка, вы сталкивались с ситуацией, когда какой-нибудь «сумасшедший водитель» так трогается при включении зеленого сигнала светофора, что колеса «визжат», а на дороге остается черный след из-за скольжения резины по асфальту. Итак, в экстренной ситуации (при резком торможении или трогании с побуксовкой) колеса скользят относительно дороги, в обычных случаях (когда на дороге не остается черного следа от стирающихся покрышек) колесо не скользит, а только катится по дороге.

Итак, если машина едет равномерно, то колеса не скользят по дороге, а катятся по ней так, что нижняя точка колеса покоится (а не проскальзывает) относительно дороги. Как в этом случае направлена сила трения? Сказать, что противоположно скорости машины — неверно, ведь говоря так про силу трения, подразумевают случай скольжения тела относительно поверхности, а сейчас у нас скольжения колес относительно дороги нет. Сила трения в этом случае может быть направлена как угодно, и мы сами определяем ее направление. И вот как это происходит.


Представим себе, что нет никаких препятствующих движению машины факторов. Тогда машина движется по инерции, колеса вращаются по инерции, причем угловая скорость вращения колес связана со скоростью движения машины. Установим эту связь. Пусть колесо движется со скоростью $v$ и вращается так, что нижняя точка колеса не проскальзывает относительно дороги. Перейдем в систему отсчета, связанную с центром колеса. В ней колесо как целое не движется, а только вращается, а земля движется назад со скоростью $v$. Но поскольку колесо не проскальзывает относительно земли, то его нижняя точка имеет такую же скорость как земля. А значит, и все точки поверхности колеса вращаются относительно центра со скоростью $v$ и, следовательно, имеют угловую скорость $\omega = v / R$, где R — радиус колеса. Переходя теперь назад в систему отсчета, связанную с землей, заключаем, что при отсутствии проскальзывания между нижней точкой колеса и дорогой угловая скорость колеса $\omega = v / R$, а все точки поверхности имеют разные скорости относительно земли: например, нижняя точка — нулевую, верхняя $2v$ и т. д.

А пусть водитель при таком движении машины нажимает на педаль газа. Он заставляет колесо вращаться быстрее, чем нужно при данной скорости машины. Колесо стремится проскользнуть назад, возникает сила трения, направленная вперед, которая и разгоняет машину (машина как бы отталкивается от шероховатостей дороги, используя силу трения). Если водитель нажимает на педаль тормоза, колесо стремится вращаться медленнее, чем нужно при данной скорости машины. Возникает сила трения, направленная назад, которая тормозит машину. Если водитель поворачивает колеса машины, возникает сила трения, направленная в сторону поворота, которая машину поворачивает. Таким образом, управление машиной — разгоном, торможением, поворотом — основано на правильном использовании силы трения, причем, конечно, подавляющее большинство водителей об этом даже не догадываются.

Ответим теперь на вопрос: равна ли эта сила своему максимальному значению? Вообще говоря, нет, поскольку нет скольжения колеса относительно дороги, а сила трения равна максимальному значению при скольжении. В покое сила трения может принимать любые значения от нуля до максимального $\mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения; $N$ — сила реакции опоры. Поэтому если мы разгоняемся (сила трения направлена вперед), но хотим увеличить темп разгона, мы сильнее нажимаем на педаль газа, и увеличиваем силу трения. Аналогично, если мы тормозим (сила трения направлена назад), но хотим увеличить степень торможения, мы сильнее нажимаем на тормоз и увеличиваем силу трения. Но ясно, что ее можно увеличить и в том и в другом случае, если она не была максимальной! Таким образом, для управления машиной сила трения не должна равняться максимальному значению, и эту разность мы используем для совершения тех или иных маневров. И любой водитель (даже если он ничего не знает про силу трения, а таких, конечно, подавляющее большинство) интуитивно чувствует, есть ли у него резерв силы трения, «далеко» ли машина от пробуксовки, и есть ли возможность ей управлять.

Тем не менее, есть одна ситуация, когда сила трения равна своему максимальному значению. Эта ситуация называется заносом. Пусть водитель резко затормозил на скользкой дороге. Машина начинает скользить по дороге, это состояние движения и называется заносом. В этом случае сила трения направлена противоположно скорости (назад) и равна своему максимальному значению. Это ситуация очень опасна, ведь машина АБСОЛЮТНО неуправляема. Мы не можем повернуть (хоть как-то, хоть чуть-чуть), ведь для поворота нам нужна сила трения, направленная в сторону поворота, а в нашем распоряжении ее нет — сила трения максимальна и направлена назад. Мы не можем увеличить скорость торможения (невозможно увеличить силу трения — она и так максимальна), не можем (даже если бы мы захотели этого в такой ситуации) ускориться. Мы не можем ничего! Ситуация осложняется еще и тем, что в состоянии заноса машину никто не «держит» на дороге. Почему машина в обычных условиях не съезжает в кювет, ведь полотно дороги всегда делается покатым к обочинам, чтобы стекала вода? Ее держит сила трения, а вот если машина скользит (занос) сила трения направлена противоположно скорости и никак иначе. Поэтому любое «боковое» возмущение — покатость дороги, небольшой камень под одним из колес — могут развернуть или сбросить машину на обочину. Никогда не допускайте заноса1.

Теперь сравним мощность, которую могут развивать на дороге передне- и заднеприводной автомобили с одинаковым мотором. Очевидно, что мощность, которую может развивать автомобиль на дороге, зависит не только от его двигателя, но и от того, как автомобиль «использует» силу трения. Действительно, в отсутствие силы трения автомобиль стоял бы на месте (с вращающимися колесами) независимо от мощности двигателя (вращающего эти колеса). Докажем, что заднеприводные автомобили мощнее переднеприводных при одинаковой мощности мотора и оценим отношение мощностей, которые может развивать двигатель, разгоняя машину на дороге (при условии, что мощность самого двигателя может быть очень большой).


Разгоняет автомобиль сила трения, действующая на ведущие колеса, а она не может превышать значения $\mu N$ ($N$ — сила реакции). Поэтому чем больше сила реакции, тем больших значений может достигнуть разгоняющая сила трения (а нажатие на педаль газа в ситуации, когда сила трения достигла максимума, приведет только к проскальзыванию и к заносу, но не к увеличению мощности, которую развивает двигатель). Найдем силы реакции для задних и передних колес машины. Силы, действующие на машину при разгоне, показаны на рисунках (на правом — для заднеприводной, на левом — для переднеприводной). На машину действуют: сила тяжести, силы реакции и сила трения. Поскольку машина движется поступательно, сумма моментов всех сил относительно ее центра тяжести равна нулю. Поэтому, если центр тяжести машины находится точно посередине машины, расстояние между задними и передними колесами $l$, а высота центра тяжести над дорогой $h$, условие равенства нулю суммы моментов относительно центра тяжести дает (при условии, что машина движется, развивая максимальную мощность на максимуме силы трения):

переднеприводная машина

$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{2} h$, (1)

заднеприводная машина

$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{1}h$, (2)

где $\mu$ — коэффициент трения.{(зп)}} = 0,85$.

Предыдущая 1 .. 10 > .. >> Следующая
333. Брусок двигают вправо (рис. 82). Куда направлена сила трения скольжения?
334. Лестница у стены занимает положение, изображенное на рисунке 83. Укажите направление силы трения в местах соприкосновения лестницы со стеной и полом.
335. Брусок движется равномерно (рис. 84). Куда направлены сила упругости нити и сила трения скольжения, возникающая при движении бруска по поверхности стола? Чему равна равнодействующая этих сил?
336. Колесо автомобиля буксует (рис. 85). Куда направлена сила трения скольжения между буксующим колесом и дорогой? сила трения покоя (упругости дороги)?
Рис. 86
Рис. 87
837. Книга прижата к вертикальной поверхности (рис. 86). Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
338. Тележка равномерно движется (см. рис. 79). Какая сила приводит в движение груз, лежащий на тележке? Куда она направлена?
339. На транспортере движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком?
340. Если автобус равномерно движется по горизонтальному пути, чему равна сила трения покоя?
341. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно движется. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашют?
342. С помощью динамометра равномерно перемещают брусок (см. рис. 82). Чему равна сила трения скольжения между бруском и поверхностью стола? (Цена деления динамометра 1 Н.)
343. Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. На рисунке 87 показаны пропилы, сделанные неразведенной и разведенной пилами. Какой пилой труднее пилить: разведенной или неразведенной? Почему?
344. Приведите примеры, когда трение полезно и когда оно приносит вред.
17. ДАВЛЕНИЕ1
345. Два тела равного веса поставлены на стол так, как показано на рисунке 88 (слева). Одинаковое ли давление они производят на стол? Если эти тела поставить на чашки весов, то нарушится ли равновесие весов?
346. Одинаковое ли давление оказываем мы на карандаш, затачивая его тупым и острым ножом, если прилагаемое нами усилие одно и то же?
1 При расчетах принимать g=10 Н/кг.
37
347. Перемещая одинаковый груз (рис. 89), мальчики в первом случае прикладывают большую силу, чем во втором. Почему? В каком случае давление груза на пол больше? Почему?
348. Зачем у лопаты верхний край, на который надавливают ногой, изогнут?
349. Для чего у косилки, соломорезки и других сельскохозяйственных машин режущие части должны быть остро отточены?
350. Зачем для проезда по болотистым местам делают настил из хвороста, бревен или досок?
351. Когда скрепляют болтом деревянные бруски, под гайку и головку болта подкладывают широкие металлические плоские кольца — шайбы (рис. 90). Для чего это делают?
352. Для чего при вытаскивании гвоздей из доски подкладывают под клещи железную полоску или дощечку?
353. Объясните назначение наперстка, надеваемого на палец при шитье иглой.
354. В одних случаях давление стараются уменьшить, а в других — увеличить. Приведите примеры, где в технике или в быту уменьшают, а где увеличивают давление.
355. На рисунке 91 изображен кирпич в трех положениях. При каком положении кирпича давление на доску будет наименьшим? наибольшим?
Рис. 89
Рис. 91
Рис. 90
38
3
Рис. 92
Рис. 93
356. Одинаковое ли давление производят на стол кирпичи, расположенные так, как показано на рисунке 92?
357. Два кирпича поставлены друг на друга так, как показано на рисунке 93. Одинаковы ли силы, действующие на опору, и давление в обоих случаях?
358. Розетки прессуют из специальной массы (барка-литовой), действуя на нее силой 37,5 кН. Площадь розетки 0,0075 м2. Под каким давлением находится розетка?
359. Площадь дна кастрюли равна 1300 см2. Вычислите, на сколько увеличится давление кастрюли на стол, если в нее налить воду объемом 3,9 л.
360. Какое давление на пол производит мальчик, масса которого 48 кг, а площадь подошв его обуви 320 см2?
361. Спортсмен, масса которого 78 кг, стоит на лыжах. Длина каждой лыжи 1,95 м, ширина 8 см. Какое давление оказывает спортсмен на снег?
362. Токарный станок массой 300 кг опирается на фундамент четырьмя ножками. Определите давление станка на фундамент, если площадь каждой ножки 50 см2.
363. Лед выдерживает давление 90 кПа. Пройдет ли по этому льду трактор массой 5,4 т, если он опирается на гусеницы общей площадью 1,5 м2?
364. Двухосный прицеп с грузом имеет массу 2,5 т. Определите давление, оказываемое прицепом на дорогу, если площадь соприкосновения каждого колеса с дорогой равна 125 см2.
365. На железнодорожную двухосную платформу поставили артиллерийское орудие массой 5,5 т. На сколько увеличилось давление платформы на рельсы, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 5 см2?
366. Вычислите давление, производимое на рельсы четырехосным груженым вагоном массой 32 т, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 4 см2.
39
Рис. 95
Рис. 96
367. Какое давление оказывает на грунт гранитная колонна, объем которой 6 м3, если площадь основания ее 1,5 м*?
368. Можете ли вы гвоздем оказать давление 105 кПа? Рассчитайте, какую силу для этого надо приложить к головке гвоздя, если площадь острия гвоздя равна 0,1 мм2.

Изменение направления движения любого тела можно достичь только приложением к нему внешних сил. При движении транспортного средства на него действует множество сил, при этом шины выполняют важные функции: каждое изменение направления или скорости движения транспортного средства вызывает появление в шине действующих сил.

Шина – это элемент связи между транспортным средством и проезжей частью. Именно в месте контакта шины с дорогой решается главный вопрос безопасности движения транспортного средства. Через шину передаются все силы и моменты, возникающие при разгоне и торможении автомобиля, при изменении направления его движения.

Шина воспринимает действия боковых сил, удерживая автомобиль на выбранной водителем траектории движения. Поэтому физические условия сцепления шины с поверхностью дороги определяют границы динамических нагрузок, действующих на транспортное средство.

Рис. 01: Посадка бескамерной шины на ободе;
1. Обод; 2. Подкат (Хамп) на поверхности посадки борта шины; 3. Борт обода; 4. Каркас шины; 5. воздухонепроницаемый внутренний слой; 6. Брекерный пояс; 7. Протектор; 8. Боковина шины; 9. Борт шины; 10. Сердечник борта; 11. Вентиль

Решающие критерии оценки:
-Обеспечение устойчивого прямолинейного движения при действии на автомобиль боковых сил
-Обеспечение устойчивого движения на поворотах Обеспечение сцепления на различных поверхностях проезжей части Обеспечение сцепления с дорогой при различных погодных условиях
-Обеспечение хорошей управляемости автомобиля Обеспечение комфортных условий движения (гашение колебаний, обеспечение плавности хода, минимальная шумность качения)
-Прочность, износостойкость, высокий срок службы
-Невысокая цена
-Минимальный риск повреждения шины при её пробуксовке

Проскальзывание шины

Проскальзывание шины или её буксование происходит из разницы между теоретической скоростью движения, обусловленной вращением колеса, и действительной скоростью движения, обеспечиваемой силами сцепления колеса с дорогой

Посредством приведенного примера можно пояснить это утверждение: пусть длина окружности по внешней беговой поверхности шины легкового автомобиля составляет около 1,5 м. Если при движении автомобиля колесо поворачивается вокруг оси вращения 10 раз, то пройденный автомобилем путь должен составить 15 м. Если же происходит проскальзывание шины, то пройденный автомобилем путь становится короче Закон инерции Каждое физическое тело стремится либо сохранять состояние покоя, либо сохранять состояние прямолинейного движения.

Чтобы вывести физическое тело из состояния покоя или отклонить его от прямолинейного движения к телу должна быть приложена внешняя сила. Изменение скорости движения, как во время разгона автомобиля, так и при торможении потребует соответствующего приложения внешних сил. Если водитель пытается тормозить на повороте на покрытой льдом поверхности дороги, автомобиль будет стремиться двигаться прямо без явно выраженного стремления изменить скорость движения, при этом реакция на поворот рулевого колеса будет слишком вялой.

На обледенелой поверхности через колеса автомобиля может передаваться только маленькие силы торможения и боковые усилия, поэтому вождение автомобиля на скользкой дороге является непростой задачей. Моменты сил При вращательном движении на тело действуют или оказывают влияние моменты сил.

В режиме движения колеса вращаются вокруг своих осей, преодолевая моменты инерции покоя. Момент инерции колес возрастает с увеличением скорости его вращения и вместе с тем, скоростью движения автомобиля. Если транспортное средство находится одной стороной на скользкой проезжей части (например, обледенелой поверхности дороги), а другая сторона на дороге с нормальным коэффициентом сцепления (неоднородный коэффициент сцепления μ), то при торможении автомобиль получает вращательное движение вокруг вертикальной оси. Это вращательное движение называют моментом рысканья

Распределение сил наряду с весом тела (силой тяжести) на автомобиль действуют различные внешние силы, величина и направление которых зависит от режима и направления движения транспортно-го средства. При этом речь идет о следующих параметрах:

 Силах, действующих в продольном направлении, (например, силе тяги, силе сопротивления воздуха или силе трения качения)

 Силах, действующих в поперечном направлении, (например, усилие, прилагаемое к управляемым колесам автомобиля, центробежной силе при движении на повороте, или силе действия бокового ветре или силе, возникающей при движении на косо-горе).

Эти силы принято обозначать, как силы бокового увода автомобиля. Силы, действующие в продольном или поперечном направлении, передаются на шины, и через них на проезжую часть дороги в вертикальном или горизонтальном направлении, вызывая деформацию шины в про-дольном или поперечном направлении.

Рис. 04: Горизонтальная проекция угла бокового увода α и влияние бокового усилия Fs; vn = Скорость в направлении бокового увода vx = Скорость в продольном направлении Fs, Fy = Боковые усилия α = Угол бокового увода

Эти силы передаются на корпус авто-мобиля через:
 шасси автомобиля (так называемые ветровые силы)
 органы управления (рулевая сила)
 двигатель и агрегаты трансмиссии (движущая сила)
 тормозные механизмы (тормозные силы)
В противоположном направлении эти силы действуют со стороны дорожной поверхности на шины, передаваясь затем на транспортное средство. Это связано с тем, что: любая сила вызывает противодействие

Рис. 05: Скорость колеса vx в продоль-ном направлении, тормозная сила FB и тормозной момент MB; vx = Скорость колеса в продольном направлении FN = Вертикальная сила (нормальная реакция опоры) FB = Тормозная сила
MB = Тормозной момент

Для обеспечения движения тяговая сила, передаваемая на колесо посредством крутящего момента, создаваемого двигателем, должна превосходить все внешние силы сопротивления (продольные и поперечные силы), которые возникают, например, при движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном.

Для оценки динамики движения, а также устойчивости движения транс-портного средства должны быть известны силы, действующие между шиной и дорожным полотном в так называемом пятне контакта шины с дорогой. Внешние силы, действующие в площадке соприкосновения шины с дорогой, передаются через колесо на транспортное средство. С увеличением практики вождения водитель все лучше и лучше учится реагировать на эти силы.

По мере приобретения опыта вождения, у водителя все отчетливее возникают ощущения сил действующих в пятне контакта шины с дорогой. Величина и направление внешних сил зависит от интенсивности разгона и торможения автомобиля, при действии боковых сил от ветра, или при движении по дороге с поперечным уклоном. Особняком стоит опыт вождения по скользким дорогам, когда чрезмерное воздействие на органы управления могут сорвать шины автомобиля в скольжение.

Но самое главное это то, что водитель обучается правильным и дозированным действиям органами управления, которые препятствуют возникновению неуправляемого движения. Неумелые действия водителя при высокой мощности двигателя особенно опасны, так как силы, действующие в пятне контакта, могут превысить допустимый предел по сцеплению, что может вызвать занос автомобиля или полную потерю управляемости, и повышает износ шин.

Силы в пятне контакта шины с дорогой Только строго дозированные силы в пятне контакта колеса с дорогой способны обеспечить соответствующие желанию водителя скорость и изменение направления движения. Суммарная сила в пятне контакта шины с дорогой складывается из следующих составляющих её сил:

Касательная сила, направленная по окружности шины Касательная сила Fμ возникает в результате передачи крутящего момента приводным механизмом или при торможении автомобиля. Она действует в продольном направлении на поверхность дороги (продольная сила) и дает возможность водителю произвести разгон при воздействии на педаль газа или обеспечить замедление движения при его воздействии на педаль тормоза.

Вертикальная сила (нормальная реакция опоры) Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги обозначается как радиально направленная сила, или как нормальная реакция опоры FN. Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги присутствует всегда, как при движении транспортного средства, так и при его неподвижности. Вертикальная сила, действующая на опорную поверхность, определяется частью веса автомобиля, приходящегося на это колесо, плюс дополнительная вертикальная сила, возникающая в результате перераспределения веса при разгоне, торможении или движении в повороте.

Вертикальная сила увеличивается или уменьшается при движении автомобиля на подъем или под уклон, при этом увеличение или уменьшение вертикальной силы зависит от направления движения автомобиля. Нормальная реакция опоры определяется при неподвижном положении транспортного средства, установленного на горизонтальной поверхности.

Дополнительные силы могут увеличить или уменьшить значение вертикальной силы между колесом и поверхностью дороги (нормальной реакции опоры). Так при движении не повороте дополнительная сила уменьшает вертикальную составляющую на внутренних к центру поворота колесах и увеличивает вертикальную составляющую на колесах внешней стороны транспортного средства.

Площадка контакта шины с поверхностью дороги деформируется прилагаемой к колесу вертикальной силой. Так как боковины шины подвергаются соответствующей деформации, вертикальная сила не может распределяться равномерно по всей площади пятна контакта, а возникает трапецевидное распределение давления шины на опорную поверхность. Боковины шины принимают на себя внешние силы, и шина деформируется в зависимости от величины и направления внешней нагрузки.

Боковая сила

Боковые силы оказывают действие на колесо, например, при действии бокового ветра, или при движении автомобиля на повороте. Управляемые колеса движущегося автомобиля при их отклонении от прямолинейного положения также подвергаются действию боковой силы. Боковые силы вызывает измерение направления движения транспортного средства.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЕСА ТЕЛА ОТ УГЛА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВЕСА ТЕЛА ОТ УГЛА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ.

Нестеренко А.В. 1

1МБОУ Сладко-Балковская СОШ№13, 9 класс

Нестеренко В.В. 1

1МБОУ Сладко-Балковская СОШ №13

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение.

Определение веса тела во многих учебниках и источниках дается только причина возникновения и точка приложения силы, нигде не указано его конкретное направление и учащимся тяжело понять, куда все-таки направлен вес тела и как его определять. Когда тело находится на горизонтальной опоре, его вес равен силе реакции опоры по III закону Ньютона, а когда тело находится на наклонной плоскости, чему он равен: тоже силе реакции опоры, или нет? Куда направлен вес тела к центру Земли, или в сторону противоположную силе реакции опоры.

Отдельные интернет источники дают обоснования, что вес тела на наклонной плоскости зависит от силы трения http://www.alsak.ru/item/l-r-ix-3.html, и не зависит от угла наклона плоскости.

В перечнях лабораторных работ отсутствует экспериментальное определение веса тела на наклонной плоскости, и его зависимость от угла наклона наклонной плоскости.

Современное оборудование позволяет провести исследование зависимости веса тела от угла наклонной плоскости. При помощи электронных датчиков, подключаемых к устройству измерения и обработки данных (УИДОД) LabQuest мы сможем ответить на вопросы: «Как направлен вес тела на наклонной плоскости и чему он равен», «Зависит ли вес тела от силы трения?»

Формулировки определений веса тела.

Учебник физики 7 класс автор Л.Э. Генденштейн, А.Б. Кайдалов

«Весом тела называют силу, с которой тело давит на опору или растягивает подвес вследствие притяжения тела Землей».

Учебник физики 10 класс автор Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик:

«Вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести».

Учебник физики 10 класса автор Тихомирова С.А.

«Сила, с которой тело действует на подвес или опору вследствие притяжения к Земле, называется весом тела».

«Если тело и опора неподвижны или движутся равномерно и прямолинейно, то вес тела по модулю равен действующей на него силе тяжести».

«Если тело вместе с опорой движется с ускорением , направленным так же, как ускорение свободного падения, то его вес меньше действующей на тело силы тяжести».

«Если тело вместе с опорой движется с ускорением , направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше действующей на тело силы тяжести».

Учебник физики 10 класса А.А. Пинский, О.Ф. Кабардин

«Силу , равную , но приложенную к опоре, называют весом тела. Из рисунка видно, что сила на любой широте φ, отличной от 0º и 90º, не направлена к центру Земли.

Поэтому на различных широтах сила , а значит, и вес тела P имеют различные значения. Заметим, что разница невелика, она меньше или равна (на экваторе) 0,34%»

Учебник физики 10 класс Г.Я. Мякишев

«Сила, с которой тело вследствие его притяжения Землей действует на опору или растягивает подвес, называются весом тела.»

«Вес обладает особенностями, существенно отличающими его от силы тяжести.

Во-первых, вес тела определяется всей совокупностью действующих на тело сил, а не только силой тяжести (так, вес тела в жидкости или в воздухе меньше, чем в вакууме, из-за появления выталкивающей силы. Во- вторых, вес тела, существенно зависит от ускорения, с которым движется опора (подвес)».

Из источника http://www.alsak.ru/item/l-r-ix-3.html Каган И.Е. «Вес тела» 9 класс получен вывод:

«1) в инерциальных системах отсчета тело, покоящееся или движущееся равномерно прямолинейно, неизменно сохраняет свой вес на любой опоре независимо от того, каков угол наклона опоры, а также жидкая это опора или твердая;

2) в неинерциальных системах отсчета вес тела может изменяться в зависимости от ускорения тела.»

Определение зависимости веса тела от угла наклонной плоскости.

Цель работы: экспериментально определить зависимость веса тела от наклонной плоскости, и зависимости от силы трения.

Оборудование: компьютер с программным обеспечением MS Office, Logger Pro 3.8.3, устройство измерения и обработки данных (УИДОД) LabQuest, цифровые датчики измерения силы с диапазоном ±10Н ±50 Н, и с диапазоном — 200 + 850Н, штативы, 2 кг гиря, нить, скотч, отвес, транспортир.

Теоретические обоснования.

Датчик силы позволяет измерить меру взаимодействия в Ньютонах, следовательно, если расположить его под различными углами и поместив сверху на него груз, то мы измерим именно вес тела. Для точности измерения, при каждом изменении угла датчик силы нужно обнулять, чтобы не внести погрешности веса самого чувствительного элемента.

Также можно измерить вес тела в движении под различными углами, если равномерно тянуть груз. Датчики фиксируют значения в течение определенного момента времени с интервалом 0,02 секунды. По построенному графику можно выделить средние значения силы. Обработку можно проводить как на УИДОДе, так и на компьютере передав значения в программу Logger Pro 3.8.3

Предположим, что вес тела на наклонной плоскости по III закону Ньютона равен по модулю силе реакции опоры, а направлен в противоположную сторону. Тогда исходя из проекций сил

Сила трения направлена вдоль наклонной плоскости и повлиять на вес тела не может. Сила реакции опоры на горизонтальной опоре равна силе тяжести.

Проведение эксперимента.

  1. Выставляем датчик силы с диапазоном — 200 + 850Н в качестве наклонной плоскости на штативах. С помощью скотча закрепляем транспортир с отвесом и выставляем датчик под углом 0, обнуляем датчик.

  1. Измеряем вес тела на горизонтальном датчике и сравниваем его со вторым датчиком на подвесе с диапазоном ±50 Н. Сила тяжести снятая с первого датчика с максимальным диапазоном 50Н показала 20Н, а сила тяжести снятая с горизонтального датчика показала 22 Н. Следовательно погрешность измерений уже составляет 2Н

  1. Построим теоретический график зависимости веса тела от угла наклонной плоскости в Excel по формуле , приняв силу тяжести равной 20 Н, так как погрешность измерения этого датчика меньше из-за меньшего диапазона измерения в 50 Н.

  1. Из анализа графика, видно, что для проведения эксперимента нужно брать углы больше 30º, так как при меньших углах изменение веса тела меньше погрешности измерения. Например, при 20º вес тела равен ≈ 19Н, то есть изменение веса тела составило 1Н при погрешности 2Н.

  2. Устанавливаем угол наклона плоскости 30º, уравновешиваем гирю 2 кг вторым датчиком, заранее обнулив данные. Измеряем вес тела и силу натяжения. Записываем полученные данные в УИДОД. Равномерно тянем груз вверх и регистрируем данные.

  1. Повторяем опыт при углах 45º и 60º , также перед измерениями обнулив датчики.

  2. Анализируем полученные данные в УИДОД или передаем их в компьютер, в программу Logger Pro 3.8.3, либо в Excel, находим средние значения и заносим в таблицу.

 

Вес тела, Н

Сила тяги, Н

градусы

в покое

в движении

в покое

в движении

30

18

16

14

12

45

14

12

14

16

60

9

8

17

19

  1. Вес тела практически не отличается от того, что тело движется или находится в движении. Незначительное уменьшение веса во время движения можно объяснить вибрационными процессами, которые действуют в вертикальной плоскости, вызывая колебания чувствительного элемента. Также этим уменьшением можно пренебречь, так как ΔР = 2Н и погрешность измерения тоже равна 2Н.

  2. Нанесем полученное значение веса тела на теоретический график зависимости

  1. Анализируя график видно, что измеренные данные попадают в данную зависимость с учетом погрешности.

Заключение.

На основе экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

  1. Вес тела уменьшается с увеличением угла наклонной плоскости, и направлен в противоположную сторону силе реакции опоры, определяется формулой

  2. Вес тела не зависит от силы трения между наклонной плоскостью и телом.

Список использованных источников и литературы.
  1. Физика 7 класс: учебник / Л.Э. Генденштейн, А.Б. Кайдалов под редакцией В.А. Орлова, И.И. Ройзена, 3-е изд., испр. – М. :Мнемозина, 2012, – 255 с.

  2. Физика 10 класс: Ч. 1: учебник / Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик; под ред. В.А. Орлова. – М.: Мнемозина, 2014. – 304 с.

  3. Физика 10 класс: учебник /С.А. Тихомирова, Б.М. Яворский. – 3-е изд., испр– М.: Мнемозина, 2012. – 304 с.

  4. Физика 10 класс: учебник /(О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.) под ред. А.А. Пинского, О.Ф. Кабардина; Рос. Акад. Наук, Рос. Акад. Образования, изд-во «Просвещение». – 13-е изд. – М.: Просвещение, 2011. – 431 с.

  5. Физика. Механика. 10 класс: учебник /М.М. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицкий и др4 под ред. Г.Я. Мякишева. – 12-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2010. – 495 с.

Просмотров работы: 3868

ЕГЭ по физике – силы трения. Отличия трения покоя и скольжения.

 

Привет! Меня зовут Егор Блинов. Я – репетитор к ЕГЭ по физике. А ещё – преподаватель в МФТИ и преподаватель онлайн-школы Grand Exam.  В этой статье мы разберемся с тем, что такое сила трения и какие виды силы трения существуют. А главное – как их различать между собой.

Если не хочется читать – можно посмотреть материал в видео:

Сколько сил трения в ЕГЭ по физике? Явление застоя и скрипка!


Watch this video on YouTube

Начнем разговор с того, что есть полная сила реакции опоры R.

 

R – это сила, с которой поверхность реагирует на тело, которое до неё дотрагивается.  Для бруска и для стержня, опирающихся на поверхность, сила полной реакции опоры выглядит так, как показано на рисунке. Вы заметили, что очень неудобно работать с такой силой. Потому что мы точно не знаем – куда она направлена. Что же мы сделаем? Мы разложим её на две перпендикулярных составляющих.

 

 

Одна из них будет – сила нормальной реакции опоры. Эта сила будет перпендикулярна поверхности. Еще будет сила трения – как раз о которой мы сегодня говорим. Сила трения – это составляющая силы R, которая направлена вдоль поверхности. Далее мы посмотрим, как между собой сила трения и сила N связаны. 

Разберемся с первым видом силы трения – силой трения покоя – на самом простом примере. Брусочек покоится на поверхности. Мы расставили силы нормальной реакции опоры: силы тяжести, сила F, с который мы тянем этот брусок, и сила трения, которая нам мешает сдвинуть этот брусок с места. Пока брусок покоится относительно поверхности, до того, как он начал движение, на брусок действует сила трения покоя. Если мы нарисуем график силы трения от силы F, которую мы прикладываем (тянем за веревочку), то он будет выглядеть вот так:

 

График похож на график прямой пропорциональности y=x из математики. То есть у этого графика тангенс угла наклона равен единице. Потому что x и y равны между собой. Если я увеличиваю силу, с которой я тяну брусок, то сила трения покоя тоже увеличивается и компенсирует наше дополнительное усилие. Поэтому наш грузик остается в покое.

Следующий случай – сила трения скольжения – это значит, что брусок начал скользить по поверхности. Сила трения перестает расти и достигает своего максимального значения . – это некоторый коэффициент, о котором мы позже поговорим. N – это как раз сила нормальной реакции опоры. 

 

 

На графике видно, что до предела сила трения возрастала, а потом стала постоянной. Когда есть скольжение, и брусок движется относительно поверхности – сила трения скольжения, которая равна . Примерно с постоянной скоростью я тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Теперь разберемся, что такое . – это некоторый постоянный коэффициент, который будет характеризовать поверхности, которые трутся друг о друга. Например, для пары “металл-металл” он будет свой, для пары “металл-дерево” он будет уже другим. Он зависит только от материала и шероховатости трущихся поверхностей. В задачах ЕГЭ он не зависит ни от площади соприкосновения, ни от относительной скорости поверхностей.

В задачках находится в пределах от нуля до единицы. Если ноль, значит вообще нет трения, если единица –   трения очень большое. В реальной жизни может быть и больше единицы – может быть, тело просто прилипло к поверхности.

Чтобы получить конспект всего ролика или конспекты по другим темам физики – просто напиши моему чат-боту слово конспект, и он тебе все пришлет.

Давайте все сведем в одну табличку и подытожим.

У нас есть силы трения покоя и скольжения. Основной критерий, по которому мы будем различать их: поверхности тела движутся относительно друг друга или еще нет. Если не движутся – значит, эта сила трения покоя; если движется – значит, сила трения скольжения. Как мы будем находить в задачах эти силы?

Если сила трения покоя – мы записываем Второй закон Ньютона и полагаем, что ускорение тела равна нулю (ведь оно покоится), и из Второго закона Ньютона можем найти эту силу трения. В случает трения покоя нельзя писать , потому что формула  применяется, когда есть скольжение. Сила трения покоя ограничена величиной   – как вы помните из графика, сила трения покоя не может превышать этого значения. При этом направлена сила трения покоя будет против возможного движения тела. То есть против того направления, в котором двигалась бы тело, если бы силы трения не было.

Мы тянем грузик внешними силами F1 и F2  (это вид сверху), а сила трения препятствует. Так как это сила трения покоя, то грузик покоится, и из второго закона Ньютона сила трения равна сумме внешних сил. Но и поэтому она как раз и направлена противоположно тому направлению, в котором двигался этот грузик, если бы силы трения вообще не было бы.

А что по поводу силы трения скольжения – здесь уже имеет место движение. Модуль суммы сил F1 и F2  может быть больше, чем сила трения – тогда будет движение с ускорением.

Это основные моменты, которые мы должны знать, чтобы уметь различать эти силы.

Давайте пофантазируем, чем может быть полезно трение покоя и чем вредно. И то же самое для силы трения скольжения.

 

 

Например сила трения покоя полезна тем, что гвоздь не вылетает из отверстия, если мы его туда забили. Сила трения скольжения хороша тем, что можно на дороге затормозить “юзом” – если даже заблокировались колеса, все равно тормозим. Без силы трения скольжения было бы как-то страшно улететь в бесконечность.

Вредна сила трения покоя, потому что тяжело двигать мебель. А сила трения скольжения вредна тем, что происходит износ и нагрев подвижных деталей.

Напишите, пожалуйста, в комментарии, чем они полезны и чем вредны, и каким был бы наш мир, если бы не было никаких сил трения. Очень интересно узнать и дополнить свою презентацию вашими версиями.

А теперь давайте поговорим о явлении застоя. Обычно оно не учитывается в задачах ЕГЭ, и рассматривается “идеальный” график, хотя в реальности там может быть вот такой “клювик” – то есть превышение силы трения покоя над силой трения скольжения. Так мы определим явление застоя.

 

В видео мы можем обнаружить это явление экспериментально – пытаясь вывести грузик из состояния покоя, мы увеличиваем прикладываемую силу почти до 0.5 Н, но при движении, когда грузик срывается с места, устанавливается сила поменьше.  

Но самое необычное, что из-за этого явления у нас скрипит дверь,  и скрипка издаёт свой звук.
Наверное, вы замечали, что особенно сильно дверь скрипит, когда мы медленно её открываем. То есть сначала играет роль сила трения покоя, которая все больше увеличивается, а потом происходит “срыв” по клювику вниз, потом опять появляется какое-то движение, потом за счет силы трения это движение замедляется и прекращается, сила трения скольжения опять переходит в силу трения покоя, которая в свою очередь опять начинает нарастать.

И вот эти “срывы” заставляют дверь колебаться и издавать звук высокой частоты. Покой-движение-покой-движение – это чередование порождает звуковые колебания, которые нам обычно так противны. Но есть и плюс – благодаря этому явлению мы можем ходить на концерты классической
музыки со скрипкой.

Время экспериментов!

Поставим задачу: экспериментально определить коэффициент трения между кареткой (тележкой с грузиками) и деревянной поверхностью стола. Сначала найдем силу тяжести, которая действует на грузик:

 

 

Нарисовали рисунок, расставили силы, ввели оси координат, записали Второй закон Ньютона в проекции на обе оси. Если сила направлена вдоль оси – значит, учитываем её в уравнении с плюсом. Если против оси – значит, с минусом. Сила тяжести равна показаниям динамометра – 0,9Н.

Для случая, когда мы тащим грузик по поверхности, имеет место уже знакомая вам расстановка сил, мы рисовали её чуть раньше.

Запишем Второй закон Ньютона в проекциях на оси х и у. Получаем, что сила F, которую мы прикладываем к грузу, равна силе трения, которая рассчитывается по формуле.

На видео видно, что я примерно с постоянной скоростью тяну грузик, и примерно одинаковой получается сила трения скольжения.

Отсюда выражаем  . Осталось подставить числа и подсчитать ответ:  .

До встречи на занятиях! Егор Блинов.

 

****************************************************

Ищу учеников на подготовку к ЕГЭ по физике. Индивидуальные дистанционные занятия и мини-группы. Подробная информация – в профиле.

А ещё на новогодних каникулах я буду проводить 6-дневный онлайн-интенсив по электродинамике на ЕГЭ. Длинные вебинары, домашка, доступ к консультациям до конца года. Цена при записи до НГ- 1490р. Записаться можно тут, а по промокоду КурсАгентЕгор можно получить скидку 200р.

****************************************************

Билет №11 Сила упругости, вес, сила реакции опоры, сила натяжения. Невесомость. Перегрузка.

Сила упругостиэто сила, возникающая в теле в результате деформации и стремящаяся вернуть его в исходное положение.

Вес тела – это сила, с которой тело вследствие его притяжения к земле, действует на опору или подвес.

Сила реакции опоры – это сила или система сил, выражающая механическое действие опоры на конструкцию, которая покоится на этих опорах.

Сила натяжения

Деформации, рисунки,

вес

Невесомость – это исчезновение веса тела при движении опоры с ускорением свободного падения.

Перегрузка – это повышение веса тела, вызванное ускоренным движением, опорой или подвесом.

Билет №12 Сила трения покоя и скольжения. Трение в природе и технике.

Сила трение покоя сила трения, препятствующая возникновению движению одного тела по поверхности другого.

Сила трения скольжения – сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого, направлена против движения,

Природа силы трения — электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым. Трение принимает участие (и притом весьма существенное) там, где мы о нём даже не подозреваем.

Билет №13 Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Импульс— это произведение массы тела на его скорость. Векторная величина, направлен в ту же сторону, куда и скорость. Удобно использовать для решения задач при быстрых взаимодействиях, столкновениях, ударов, выстрелов.

Замкнутая система – это система тел, в которой отсутствует действие внешних сил.

Закон: В замкнутой системе отсчета геометрическая сумма импульсов тел системы остается неизменной при любых взаимодействиях тел системы.

Билет №14

Механическая работа. Мощность. КПД.

Работа – это произведение силы, которая совершает работу, перемещение под действием этой силы, угол между ними.

Мощность – характеризует быстроту выполнения работы.

КПД – это характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой.

Билет №15

Потенциальная и кинетическая энергия (вывод теорем о потенциальной и кинетической энергиях).

Энергияэто физическая величина, позволяющая рассчитать работу.

Кинетическая энергия системыэто скалярная величина. Т, равная арифметиче­ской сумме кинетических энергий всех точек системы.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия.

Билет №16

Законы сохранения энергии в замкнутой и не замкнутой системах. Упругие и неупругие взаимодействия.

В замкнутой системе полная механическая энергия сохраняется. Если система тела не замкнутая, то полная механическая энергия уменьшается.

Билет №17

Условия равновесия тел. Правило моментов.

Статика – это раздел механики, изучающий тела, находящиеся в равновесии.

В Статике нельзя пренебречь размерами тел, большое значение имеет точка приложения силы.

Момент силы — это произведение силы на плечо.

Плечо – это кратчайшее расстояние расстояния от точки опоры до линии действия силы.

Условия равновесия:

  1. Сумма всех проекций на ось х=0.

  2. Сумма всех проекций на ось у=0.

  3. Правило моментов: Если тело находится в равновесии или равномерно вращается, алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело равна 0.

Сила трения

Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения тел, называется силой трения покоя.
Сила трения покоя Fтр равна по модулю внешней силе F, направленной по касательной к поверхности соприкосновения тел, и противоположна ей по направлению:



Прикрепим динамометр к бруску и заставим брусок двигаться равномерно по горизонтальной поверхности стола. Во время равномерного движения бруска динамометр показывает, что на брусок со стороны пружины действует постоянная сила упругости Fупр. При равномерном движении бруска равнодействующая всех сил равна нулю. Следовательно, кроме силы упругости, во время равномерного движения на брусок действует сила, равная по модулю силе упругости, но направленная в противоположную сторону. Эта сила называется силой трения скольжения Fтр.
Вектор силы трения скольжения Fтр всегда направлен противоположно вектору скорости движения тела относительно соприкасающегося с ним тела. Поэтому действие силы трения скольжения всегда приводит к уменьшению модуля относительной скорости тел.
Силы трения возникают благодаря существованию сил взаимодействия между молекулами и атомами соприкасающихся тел. Последние обусловлены взаимодействием электрических зарядов, которыми обладают частицы, входящие в состав атомов. На основании опытов можно сделать вывод, что максимальное значение модуля силы трения покоя прямо пропорционально силе давления.
Взаимодействие тела и опоры вызывает деформацию и тела, и опоры. Силу упругости N, возникающую в результате деформации опоры и действующую на тело, называют силой реакции опоры.



По третьему закону Ньютона сила давления и сила реакции опоры равны по модулю и противоположны по направлению. Поэтому предыдущий вывод можно сформулировать так: модуль максимальной силы трения покоя пропорционален силе реакции опоры:

Fтрmax = μ · N

Греческой буквой μ (мю) обозначен коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом трения.
Модуль силы трения скольжения Fтр, как и модуль максимальной силы трения покоя, пропорционален модулю силы реакции опоры:

Fтр = μ · N

Максимальное значение силы трения покоя примерно равно силе трения скольжения, приближенно равны также коэффициенты трения покоя и скольжения.
Силы трения возникают так же и при качении тела. При одинаковой нагрузке сила трения качения значительно меньше силы трения скольжения. Поэтому для уменьшения сил трения в технике применяются колеса, шариковые и роликовые подшипники.

Другие заметки по физике

Куда направлена сила трения колеса. Дифференциал на автомобиле

Задача по физике — 5700

2017-12-15
Как направлена сила трения, действующая на ведущие колеса автомобиля, при разгоне (а), торможении (б), повороте (в)? Равна ли эта сила своему максимальному значению $\mu N$ ($\mu$ — коэффициент трения, $N$ — сила реакции полотна дороги), и если да, то в каких ситуациях? А в каких ситуациях нет? Хорошо это, или плохо, если сила трения достигает своего максимального значения? Почему? Какой автомобиль может развивать на дороге большую мощность — передне- или заднеприводный — при одинаковой мощности мотора и почему? Считать, что масса автомобиля распределена равномерно, и его центр тяжести находится посередине.


Решение:

Обсудим сначала вопрос о роли силы трения в движении машины. Представим себе, что водитель машины, стоящей на гладком-гладком льду (сила трения между колесами и льдом отсутствует), нажимает на педаль газа. Что будет происходить? Ясно, что машина ехать не будет: колеса будут вращаться, но будут пробуксовывать относительно льда — ведь трения-то нет. Причем это будет происходить независимо от мощности двигателя. А это значит, что для того, чтобы мощность двигателя использовать, нужно трение — без него машина не поедет.

Что же происходит, когда сила трения есть. Пусть сначала она очень маленькая, а водитель стоящей машины снова нажимает на педаль газа? Колеса (речь сейчас идет о ведущих колесах автомобиля, допустим это передние колеса) проскальзывают относительно поверхности (трение — маленькое), вращаясь так, как показано на рисунке, но при этом возникает сила трения, действующая со стороны дороги на колеса, направленная вперед по ходу движения машины. Она и толкает машину вперед.


Если сила трения большая, то при плавном нажатии на педаль газа колеса начинают вращаться, и как бы отталкиваются от шероховатостей дороги, используя силу трения, которая направлена вперед. При этом колеса не проскальзывают, а катятся по дороге, так, что нижняя точка колеса не перемещается относительно полотна. Иногда и при большом трении колеса пробуксовывают. Наверняка, вы сталкивались с ситуацией, когда какой-нибудь «сумасшедший водитель» так трогается при включении зеленого сигнала светофора, что колеса «визжат», а на дороге остается черный след из-за скольжения резины по асфальту. Итак, в экстренной ситуации (при резком торможении или трогании с побуксовкой) колеса скользят относительно дороги, в обычных случаях (когда на дороге не остается черного следа от стирающихся покрышек) колесо не скользит, а только катится по дороге.

Итак, если машина едет равномерно, то колеса не скользят по дороге, а катятся по ней так, что нижняя точка колеса покоится (а не проскальзывает) относительно дороги. Как в этом случае направлена сила трения? Сказать, что противоположно скорости машины — неверно, ведь говоря так про силу трения, подразумевают случай скольжения тела относительно поверхности, а сейчас у нас скольжения колес относительно дороги нет. Сила трения в этом случае может быть направлена как угодно, и мы сами определяем ее направление. И вот как это происходит.


Представим себе, что нет никаких препятствующих движению машины факторов. Тогда машина движется по инерции, колеса вращаются по инерции, причем угловая скорость вращения колес связана со скоростью движения машины. Установим эту связь. Пусть колесо движется со скоростью $v$ и вращается так, что нижняя точка колеса не проскальзывает относительно дороги. Перейдем в систему отсчета, связанную с центром колеса. В ней колесо как целое не движется, а только вращается, а земля движется назад со скоростью $v$. Но поскольку колесо не проскальзывает относительно земли, то его нижняя точка имеет такую же скорость как земля. А значит, и все точки поверхности колеса вращаются относительно центра со скоростью $v$ и, следовательно, имеют угловую скорость $\omega = v / R$, где R — радиус колеса. Переходя теперь назад в систему отсчета, связанную с землей, заключаем, что при отсутствии проскальзывания между нижней точкой колеса и дорогой угловая скорость колеса $\omega = v / R$, а все точки поверхности имеют разные скорости относительно земли: например, нижняя точка — нулевую, верхняя $2v$ и т. д.

А пусть водитель при таком движении машины нажимает на педаль газа. Он заставляет колесо вращаться быстрее, чем нужно при данной скорости машины. Колесо стремится проскользнуть назад, возникает сила трения, направленная вперед, которая и разгоняет машину (машина как бы отталкивается от шероховатостей дороги, используя силу трения). Если водитель нажимает на педаль тормоза, колесо стремится вращаться медленнее, чем нужно при данной скорости машины. Возникает сила трения, направленная назад, которая тормозит машину. Если водитель поворачивает колеса машины, возникает сила трения, направленная в сторону поворота, которая машину поворачивает. Таким образом, управление машиной — разгоном, торможением, поворотом — основано на правильном использовании силы трения, причем, конечно, подавляющее большинство водителей об этом даже не догадываются.

Ответим теперь на вопрос: равна ли эта сила своему максимальному значению? Вообще говоря, нет, поскольку нет скольжения колеса относительно дороги, а сила трения равна максимальному значению при скольжении. В покое сила трения может принимать любые значения от нуля до максимального $\mu N$, где $\mu$ — коэффициент трения; $N$ — сила реакции опоры. Поэтому если мы разгоняемся (сила трения направлена вперед), но хотим увеличить темп разгона, мы сильнее нажимаем на педаль газа, и увеличиваем силу трения. Аналогично, если мы тормозим (сила трения направлена назад), но хотим увеличить степень торможения, мы сильнее нажимаем на тормоз и увеличиваем силу трения. Но ясно, что ее можно увеличить и в том и в другом случае, если она не была максимальной! Таким образом, для управления машиной сила трения не должна равняться максимальному значению, и эту разность мы используем для совершения тех или иных маневров. И любой водитель (даже если он ничего не знает про силу трения, а таких, конечно, подавляющее большинство) интуитивно чувствует, есть ли у него резерв силы трения, «далеко» ли машина от пробуксовки, и есть ли возможность ей управлять.

Тем не менее, есть одна ситуация, когда сила трения равна своему максимальному значению. Эта ситуация называется заносом. Пусть водитель резко затормозил на скользкой дороге. Машина начинает скользить по дороге, это состояние движения и называется заносом. В этом случае сила трения направлена противоположно скорости (назад) и равна своему максимальному значению. Это ситуация очень опасна, ведь машина АБСОЛЮТНО неуправляема. Мы не можем повернуть (хоть как-то, хоть чуть-чуть), ведь для поворота нам нужна сила трения, направленная в сторону поворота, а в нашем распоряжении ее нет — сила трения максимальна и направлена назад. Мы не можем увеличить скорость торможения (невозможно увеличить силу трения — она и так максимальна), не можем (даже если бы мы захотели этого в такой ситуации) ускориться. Мы не можем ничего! Ситуация осложняется еще и тем, что в состоянии заноса машину никто не «держит» на дороге. Почему машина в обычных условиях не съезжает в кювет, ведь полотно дороги всегда делается покатым к обочинам, чтобы стекала вода? Ее держит сила трения, а вот если машина скользит (занос) сила трения направлена противоположно скорости и никак иначе. Поэтому любое «боковое» возмущение — покатость дороги, небольшой камень под одним из колес — могут развернуть или сбросить машину на обочину. Никогда не допускайте заноса1.

Теперь сравним мощность, которую могут развивать на дороге передне- и заднеприводной автомобили с одинаковым мотором. Очевидно, что мощность, которую может развивать автомобиль на дороге, зависит не только от его двигателя, но и от того, как автомобиль «использует» силу трения. Действительно, в отсутствие силы трения автомобиль стоял бы на месте (с вращающимися колесами) независимо от мощности двигателя (вращающего эти колеса). Докажем, что заднеприводные автомобили мощнее переднеприводных при одинаковой мощности мотора и оценим отношение мощностей, которые может развивать двигатель, разгоняя машину на дороге (при условии, что мощность самого двигателя может быть очень большой).


Разгоняет автомобиль сила трения, действующая на ведущие колеса, а она не может превышать значения $\mu N$ ($N$ — сила реакции). Поэтому чем больше сила реакции, тем больших значений может достигнуть разгоняющая сила трения (а нажатие на педаль газа в ситуации, когда сила трения достигла максимума, приведет только к проскальзыванию и к заносу, но не к увеличению мощности, которую развивает двигатель). Найдем силы реакции для задних и передних колес машины. Силы, действующие на машину при разгоне, показаны на рисунках (на правом — для заднеприводной, на левом — для переднеприводной). На машину действуют: сила тяжести, силы реакции и сила трения. Поскольку машина движется поступательно, сумма моментов всех сил относительно ее центра тяжести равна нулю. Поэтому, если центр тяжести машины находится точно посередине машины, расстояние между задними и передними колесами $l$, а высота центра тяжести над дорогой $h$, условие равенства нулю суммы моментов относительно центра тяжести дает (при условии, что машина движется, развивая максимальную мощность на максимуме силы трения):

переднеприводная машина

$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{2} h$, (1)

заднеприводная машина

$N_{1} \frac{l}{2} = N_{2} \frac{l}{2} + F_{тр} h = N_{2} \frac{l}{2} + \mu N_{1}h$, (2)

где $\mu$ — коэффициент трения.{(зп)}} = 0,85$.








СОБСТВЕННО, на скользкой дороге вам грозят три основные опасности.

Снос — увод передней оси (или всего автомобиля) с заданной траектории наружу поворота. Машина рискует вылететь с проезжей части.

Занос — увод с траектории задней оси. Может вызвать неконтролируемое вращение автомобиля.

Скольжение — явление, когда все четыре колеса теряют контакт с дорожным покрытием и машина начинает неконтролируемо скользить по прямой.

Но прежде чем переходить к советам по борьбе с заносом и пр., необходимо упомянуть о других факторах, которые не имеют прямого отношения к расположению ведущих колес, однако во многом определяют поведение автомобиля на зимних трассах.

Покрышки

КАКИЕ зимние шины выбрать — с шипами или без? Многие водители, проживающие в больших городах, предпочитают нешипованную резину. Ведь снег с улиц мегаполисов убирают достаточно неплохо, и большую часть времени вы ездите по чистому, разве что влажному асфальту. В таких условиях нешипованная покрышка по меньшей мере комфортнее, в первую очередь — тише. Однако если машина неожиданно попадает на участок, покрытый льдом, то здесь все преимущества — за шипами; они преодолеют подобное препятствие практически без проблем. Зато у шипованных покрышек помимо большей шумности есть и другие минусы. Они, как правило, менее предсказуемы в управлении и резче срываются в юз на мокром асфальте. А восстанавливая сцепление со снегом или льдом, шипованная резина прекращает скольжение также более резко и порой неожиданно для водителя. Все эти нюансы надо учитывать при езде на том или ином типе зимних покрышек.

Антиблокировочная система

СОВРЕМЕННЫМ автолюбителям уже не надо объяснять, что АБС позволяет машине даже при аварийном торможении сохранить управляемость, тем самым давая водителю шанс сманеврировать и объехать препятствие. Если ваша машина не оборудована АБС (что сегодня уже редкость), помните, что тормозить надо аккуратно, не давая колесам заблокироваться. В противном случае автомобиль станет неуправляемым и поедет по прямой, куда бы вы ни поворачивали руль. Почувствовав начало скольжения, немного отпустите педаль, снова прижмите — и дальше тормозите так же прерывисто, на грани блокировки шин.

А вот при наличии АБС действовать следует строго наоборот — давить на тормоз что есть силы, не обращая внимания на треск и вибрацию педали. Только так замедление будет наиболее эффективным и автомобиль остановится максимально быстро.

Электронная система стабилизации

НА МАШИНАХ разных марок она может называться по-разному: ESP, DSC и т.д. Это не суть важно, поскольку назначение у этих систем одно — стабилизировать курсовую устойчивость автомобиля. А важно то, что владельцы автомобилей, оснащенных ESP, зачастую ведут себя на дороге излишне самоуверенно — мол, электроника всегда выручит. Увы, далеко не всегда. Система стабилизации способна исправить небольшие огрехи пилотирования, но если вы совершите серьезную ошибку, электроника может оказаться бессильной… Однако для неискушенного водителя наличие подобных страхующих устройств — большое благо. В ряде случаев они могут хотя бы частично компенсировать недостаток опыта: притормозить буксующее колесо, временно ограничить крутящий момент на ведущих колесах, довернуть руль на небольшой угол.. Причем в идеальном случае человек, сидящий за рулем, даже не успевает осознать, что допустил небольшой огрех в пилотировании, который тут же исправил электронный помощник.

Тип коробки передач

НА ВОПРОС, какой тип коробки передач лучше, однозначного ответа нет. У “механики” и “автомата” есть свои достоинства и недостатки. К примеру, МКПП позволяет при умелом обращении интенсивнее тормозить двигателем, быстрее переключать передачи, вовремя “воткнуть” ту скорость, которая в данный момент более предпочтительна. А в экстренных ситуациях “механика”, допускает быстрое переключение на более низкую передачу для увеличения тяги на ведущих колесах.

Автоматические трансмиссии, несмотря на некоторую задержку при переключениях, несомненно, удобнее для повседневной езды по городу. Тем не менее владельцам автомобилей с АКПП следует учитывать, что в ряде случаев электроника переключает передачи по своему усмотрению. В том числе в поворотах, что из-за кратковременной потери тяги на ведущих колесах может привести к потере устойчивости на скользком покрытии. Чтобы этого не произошло, следует задействовать специальный зимний режим работы трансмиссии (на тех машинах, где он предусмотрен) или ограничить диапазон используемых передач (в зависимости от конструкции коробки).

ПЕРЕДНИЙ ПРИВОД

Борьба с инстинктами

Об особенностях управления переднеприводным автомобилем в зимних условиях рассказывает тренер-инструктор школы искусства вождения “Driving Art” Максим Кузенов.

ПРИ ДВИЖЕНИИ по прямой машина с передними ведущими колесами ведет себя достаточно уверенно даже на скользкой дороге. В результате водитель перестает придавать значение состоянию покрытия, думая, что все под контролем, расслабляется, а когда впереди появляется поворот — входит в него на слишком большой скорости. Переднеприводный автомобиль в этом случае начинает скользить передней осью наружу виража. То есть его сносит.

Начинающий водитель, не готовый к такому развитию событий, обычно пытается “запихнуть” машину в поворот, поворачивая руль на больший угол, чем требуется. Но тем самым он только усугубляет ситуацию. Более опытные автомобилисты часто совершают другую ошибку: слишком резко нажимают педаль газа, стремясь “вытянуть” автомобиль на правильную траекторию. Это тоже больше вредит, чем помогает. Избыток тяги заставляет колеса буксовать, их сцепление с дорогой ухудшается, и снос усиливается.

Как этого избежать? Главное — не паниковать. Почувствовав, что передние колеса начали скользить наружу поворота, не пытайтесь увеличить угол поворота руля. Инстинкт требует именно таких действий, но ничего хорошего из них не выйдет. Действовать надо наоборот — немного выпрямить колеса (тогда их сцепление с дорогой быстрее восстановится), а уже после этого возвращать автомобиль на верную траекторию. Хотя психологически очень сложно (как ни странно, особенно для водителей с большим стажем вождения) повернуть баранку в ту сторону, куда машину и так уже несет…

Вообще помните, что любые резкие движения на скользкой дороге крайне нежелательны. Они нарушают баланс машины. Поэтому руль надо поворачивать быстро, но плавно. Без рывков. В противном случае вы рискуете спровоцировать так называемый “динамический хлыст” — неконтролируемые колебания автомобиля, которые приведут к полной потере контроля над ним.

Одновременно с работой рулем следует немного уменьшить подачу топлива и даже, может быть, слегка нажать на тормоз или выключить и тут же включить сцепление. Тем самым вы дополнительно загрузите передние колеса, и они снова зацепятся за дорогу.

Рассмотрим другой вариант развития событий — когда, испугавшись высокой скорости или заметив какое-либо препятствие, водитель в повороте резко отпускает педаль газа и нажимает на тормоз. В этом случае вместо сноса передней оси начинается занос задней. Сила инерции преобразуется в центробежную силу, стремящуюся развернуть машину вокруг передних колес. Задняя ось начинает скользить наружу поворота. (К таким же последствиям может привести и переключение передач в тот момент, когда автомобиль едет по дуге.)

Чтобы выйти из такой ситуации, в первую очередь надо повернуть руль в сторону заноса. То есть в том направлении, куда вы хотите поехать. При этом надо слегка (ни в коем случае не до пола!) нажать педаль газа, чтобы передние ведущие колеса вытянули машину из заноса. В тот момент, когда автомобиль начнет выравниваться, поставьте руль прямо. Но газ не отпускайте! Таким образом, для успешного выхода из заноса вам снова придется побороть подсознательное стремление отпустить педаль газа и экстренно затормозить.

Есть еще несколько важных психологических моментов. Если, к примеру, машина начала скользить и ее несет в сторону обочины, не смотрите туда! Взгляд водителя всегда должен быть направлен в том направлении, куда он намеревается ехать.

Если чувствуете, что потеряли контроль над ситуацией и справиться с машиной не удается, не продолжайте безуспешные попытки. Неумелые действия обычно приводят к самым серьезным авариям. Лучше поставьте руль в нулевое положение, нажмите на тормоз и ждите. Если повезет, через некоторое время автомобиль сам стабилизируется и остановится…

Всегда помните, что в вираже надо двигаться на постоянном газу. Выбирать правильную передачу и скорость надо еще до начала поворота, пока автомобиль движется по прямой. Рисковать не стоит. Я советую совершать маневр на заведомо заниженной скорости — лучше перестраховаться и пройти поворот не так быстро, как хотелось бы, зато безопасно.

Если автомобиль оборудован “механикой”, не рекомендую постоянно держать левую ногу над педалью сцепления. В критической ситуации вы можете непроизвольно нажать на педаль и из-за этого потерять контроль над машиной.

Наконец, имейте в виду, что даже опытные водители порой совершают ошибки. Поэтому лучше не полагаться на свое умение выходить из критических ситуаций, а вообще не попадать в них.

Почувствовав, что передние колеса начали скользить, не пытайтесь увеличить угол поворота руля!

ЗАДНИЙ ПРИВОД

Главное — не горячиться

Своим опытом управления заднеприводным автомобилем в зимних условиях делится шеф-инструктор школы водительского мастерства BMW Денис Вагин.

НА СНЕГУ, на льду или на чистом асфальте заднеприводный автомобиль ведет себя практически одинаково. Незначительные отличия лишь в интенсивности действий водителя, которые должны соответствовать надежности сцепления колес с дорожным покрытием. Тем не менее зимой на заднеприводном автомобиле ездить сложнее. Хотя бы потому, что задняя часть у большинства современных машин немного легче передней, а соответственно ведущие колеса слабее прижимаются к дороге. Именно поэтому при езде по снегу и льду первые проблемы начинаются еще при трогании с места. Избыток газа и резкий бросок сцепления — ошибка довольно распространенная. Из-за этого в лучшем случае ведущие колеса просто забуксуют. Хуже, если машину развернет поперек дороги. Поэтому резких движений следует избегать уже при старте.

В остальном в черте города, где снег худо-бедно чистят, зимняя езда почти не отличается от летней. Только скорость стоит держать поменьше, чем в теплое время года, а дистанцию с другими машинами — побольше. А вот обледеневшая загородная трасса зачастую становится крайне опасной. Неосторожное прибавление газа в любой момент может привести к заносу. Прохождение знакомого поворота с привычной по лету скоростью зимой чревато сносом передней оси. В обоих случаях автомобиль стремится выйти из-под контроля. Резкое торможение только усугубляет ситуацию. Что же делать?

В любом случае надо помнить, что для заднеприводного автомобиля снос значительно опаснее заноса. Почему? Потому, что восстановить связь с дорогой передних колес, не имеющих тяги, очень сложно. Почти невозможно, пока автомобиль полностью не остановится. Стоит начаться сносу, как машина превращается в неуправляемый снаряд. Чтобы избежать этого, не поворачивайте руль в поворотах на слишком большой угол. Лучше его немного не докрутить, чем перекрутить и потерять контроль над автомобилем.

Если все же снос начался, то в первую очередь следует снять ногу с педали газа. Это просто, поскольку и рефлекс того же требует. При этом не стоит делать резких маневров рулем. Больше вообще ничего предпринимать не надо — только ждать, когда передние колеса вновь зацепятся за дорогу. Рано или поздно (разумеется, счет идет на доли секунд) это произойдет, главное — этому не мешать. И ни в коем случае не пытаться (вот здесь придется преодолеть инстинкт!) довернуть руль на больший угол — снос от этого только усилится.

Иное дело занос. С ним на заднеприводной модели вполне можно бороться активно. В самом начале заноса достаточно лишь немного уменьшить газ и плавно выровнять рулем траекторию автомобиля. В этом случае физика процесса не противоречит рефлекторным действиям водителя. Главное — не суетиться. Своевременный поворот руля зачастую приводит к успеху. Конечно, это требует определенных навыков и изрядной доли хладнокровия. Паника может обойтись дорого.

В частности, важно перебороть себя и воздержаться от удара по тормозам и сцеплению — это только ухудшит связь колес с дорогой, и последствия могут быть плачевными. Повторю: надо просто отпустить педаль газа, чтобы задние колеса подтормаживались двигателем, — это поможет стабилизировать автомобиль. После чего можно попытаться выровнять машину, поворачивая руль (очень плавно!) сначала в сторону заноса, а затем в противоположную, возвращая автомобиль на заданную траекторию. И еще раз: главное — не паниковать и не предпринимать резких торможений!

Передачу ни в коем случае нельзя выключать и при спуске с горы. В этом случае тоже безопаснее всего замедляться с помощью двигателя. Тормозами надо пользоваться очень осторожно, периодически приотпуская педаль, чтобы не допустить блокировки колес. На обледеневшем склоне, едва хотя бы одно колесо заскользит, пиши пропало — машину начнет крутить.

Помните, что для заднеприводного автомобиля снос значительно опаснее заноса!

ПОЛНЫЙ ПРИВОД

Следите за балансом

О нюансах зимней езды на полноприводных автомобилях рассказывает шеф-инструктор школы водительского мастерства “quattro”, заслуженный мастер спорта, обладатель кубка Европы по ралли Евгений Васин:

ЧАСТО приходится слышать, что в критической ситуации полноприводная машина менее понятна в управлении, чем автомобили с приводом на одну ось. Отчасти с этим можно согласиться, однако примите во внимание: при прочих равных условиях эта самая критическая ситуация у моделей с трансмиссией “4х4” возникает на гораздо более высокой скорости, чем у моноприводных машин. Автомобили с двумя ведущими осями имеют момент-тягу (терминология, принятая в школе “quattro”. — Прим. ред.) на всех четырех колесах, что делает их более стабильными как при движении по прямой, так и на дуге поворота.

С другой стороны, в экстремальной обстановке у полноприводной машины могут проявиться особенности поведения, свойственные автомобилям как с задним, так и с передним приводом. Поэтому на моделях с трансмиссией “4х4” очень важно чувствовать распределение момента-тяги между передней и задней осями. Пробуксовка передних колес вызывает скольжение передней части автомобиля наружу поворота — как на переднеприводных моделях. А буксующие задние колеса, наоборот, срывают его в занос — как заднеприводные автомобили.

Чтобы избежать сноса, прежде всего надо еще до начала маневра выбрать оптимальную скорость, позволяющую машине оставаться на заданной траектории. Но если передние колеса все же заскользили наружу поворота, ни в коем случае не оставляйте их без тяги — надо пытаться, насколько возможно, плавно увеличивать газ. Самое главное — в таких обстоятельствах нельзя резко тормозить или сбрасывать газ. Как только на колесах пропадает тяга, автомобиль едет туда, куда его тащит сила инерции. Если все же пришлось тормозить, то делать это надо очень аккуратно, дозируя усилие на педали тормоза, желательно не доводя до срабатывания АБС.

Самая распространенная ошибка при сносе — поворот руля на больший угол, чем требуется. Наши инструкторы называют такие действия “поставить колеса плугом”. При этом передняя ось смещается наружу и машина выезжает на соседнюю полосу или, хуже того, на столб, дерево, встречное транспортное средство.. На скользком покрытии ни в коем случае нельзя поворачивать баранку на большие углы. Понимание этого приходит лишь с опытом. Между прочим, поэтому в нашей школе нет статических тренажеров для обучения скоростному рулению — все навыки ученики отрабатывают на практике и только в динамике.

Занос полноприводной машины, пожалуй, возникает чаще, чем снос. Особенно зимой на скользком покрытии. Рекомендации по предотвращению заноса общеизвестны: уменьшить скорость перед вхождением в поворот, плавно работать тормозом и газом, аккуратно и на небольшие углы вращать руль. Ну а если вы все же что-то не учли или не так рассчитали, и автомобиль начало разворачивать? Тогда необходимо одновременно с плавным добавлением тяги повернуть руль в сторону заноса и сделать это как можно быстрее.

Вообще, рекомендации, как вести себя на зимней дороге, сводятся к тем же простым правилам: перед любым участком дороги, который вы расцениваете как потенциально опасный, надо заранее принять упреждающие меры. Сбрасываете скорость, выставляете автомобиль на заданную траекторию движения, аккуратно действуете рулем и газом. Вот, собственно говоря, и все.

Правда, жизнь полна неожиданностей, и, несмотря на всю вашу осторожность, машина все же может попасть в критическую ситуацию, исправить которую водителю не под силу. Что делать в таком случае? Мнения специалистов расходятся. Одни считают, что лучше ничего не предпринимать и положиться на волю судьбы, дабы не усугублять и без того опасное положение. Другие предпочитают бороться до конца, используя все свои силы и навыки. Третьи советуют попытаться погасить скорость: тормозить, дотормаживать, включать низшую передачу.. Конечно, универсальных советов нет и быть не может. Все зависит от конкретной ситуации. Но лично я всегда стараюсь придерживаться тактики активного участия в управлении автомобилем, полагаясь на свои знания и опыт.

На полноприводных моделях главное — правильно чувствовать распределение тяги между осями.

Автор Издание Клаксон №24 2007 год Фото Фото “Audi”, BMW и Алексея БАРАШКОВА

Изменение направления движения любого тела можно достичь только приложением к нему внешних сил. При движении транспортного средства на него действует множество сил, при этом шины выполняют важные функции: каждое изменение направления или скорости движения транспортного средства вызывает появление в шине действующих сил.

Шина – это элемент связи между транспортным средством и проезжей частью. Именно в месте контакта шины с дорогой решается главный вопрос безопасности движения транспортного средства. Через шину передаются все силы и моменты, возникающие при разгоне и торможении автомобиля, при изменении направления его движения.

Шина воспринимает действия боковых сил, удерживая автомобиль на выбранной водителем траектории движения. Поэтому физические условия сцепления шины с поверхностью дороги определяют границы динамических нагрузок, действующих на транспортное средство.

Рис. 01: Посадка бескамерной шины на ободе;
1. Обод; 2. Подкат (Хамп) на поверхности посадки борта шины; 3. Борт обода; 4. Каркас шины; 5. воздухонепроницаемый внутренний слой; 6. Брекерный пояс; 7. Протектор; 8. Боковина шины; 9. Борт шины; 10. Сердечник борта; 11. Вентиль

Решающие критерии оценки:
-Обеспечение устойчивого прямолинейного движения при действии на автомобиль боковых сил
-Обеспечение устойчивого движения на поворотах Обеспечение сцепления на различных поверхностях проезжей части Обеспечение сцепления с дорогой при различных погодных условиях
-Обеспечение хорошей управляемости автомобиля Обеспечение комфортных условий движения (гашение колебаний, обеспечение плавности хода, минимальная шумность качения)
-Прочность, износостойкость, высокий срок службы
-Невысокая цена
-Минимальный риск повреждения шины при её пробуксовке

Проскальзывание шины

Проскальзывание шины или её буксование происходит из разницы между теоретической скоростью движения, обусловленной вращением колеса, и действительной скоростью движения, обеспечиваемой силами сцепления колеса с дорогой

Посредством приведенного примера можно пояснить это утверждение: пусть длина окружности по внешней беговой поверхности шины легкового автомобиля составляет около 1,5 м. Если при движении автомобиля колесо поворачивается вокруг оси вращения 10 раз, то пройденный автомобилем путь должен составить 15 м. Если же происходит проскальзывание шины, то пройденный автомобилем путь становится короче Закон инерции Каждое физическое тело стремится либо сохранять состояние покоя, либо сохранять состояние прямолинейного движения.

Чтобы вывести физическое тело из состояния покоя или отклонить его от прямолинейного движения к телу должна быть приложена внешняя сила. Изменение скорости движения, как во время разгона автомобиля, так и при торможении потребует соответствующего приложения внешних сил. Если водитель пытается тормозить на повороте на покрытой льдом поверхности дороги, автомобиль будет стремиться двигаться прямо без явно выраженного стремления изменить скорость движения, при этом реакция на поворот рулевого колеса будет слишком вялой.

На обледенелой поверхности через колеса автомобиля может передаваться только маленькие силы торможения и боковые усилия, поэтому вождение автомобиля на скользкой дороге является непростой задачей. Моменты сил При вращательном движении на тело действуют или оказывают влияние моменты сил.

В режиме движения колеса вращаются вокруг своих осей, преодолевая моменты инерции покоя. Момент инерции колес возрастает с увеличением скорости его вращения и вместе с тем, скоростью движения автомобиля. Если транспортное средство находится одной стороной на скользкой проезжей части (например, обледенелой поверхности дороги), а другая сторона на дороге с нормальным коэффициентом сцепления (неоднородный коэффициент сцепления μ), то при торможении автомобиль получает вращательное движение вокруг вертикальной оси. Это вращательное движение называют моментом рысканья

Распределение сил наряду с весом тела (силой тяжести) на автомобиль действуют различные внешние силы, величина и направление которых зависит от режима и направления движения транспортно-го средства. При этом речь идет о следующих параметрах:

 Силах, действующих в продольном направлении, (например, силе тяги, силе сопротивления воздуха или силе трения качения)

 Силах, действующих в поперечном направлении, (например, усилие, прилагаемое к управляемым колесам автомобиля, центробежной силе при движении на повороте, или силе действия бокового ветре или силе, возникающей при движении на косо-горе).

Эти силы принято обозначать, как силы бокового увода автомобиля. Силы, действующие в продольном или поперечном направлении, передаются на шины, и через них на проезжую часть дороги в вертикальном или горизонтальном направлении, вызывая деформацию шины в про-дольном или поперечном направлении.

Рис. 04: Горизонтальная проекция угла бокового увода α и влияние бокового усилия Fs; vn = Скорость в направлении бокового увода vx = Скорость в продольном направлении Fs, Fy = Боковые усилия α = Угол бокового увода

Эти силы передаются на корпус авто-мобиля через:
 шасси автомобиля (так называемые ветровые силы)
 органы управления (рулевая сила)
 двигатель и агрегаты трансмиссии (движущая сила)
 тормозные механизмы (тормозные силы)
В противоположном направлении эти силы действуют со стороны дорожной поверхности на шины, передаваясь затем на транспортное средство. Это связано с тем, что: любая сила вызывает противодействие

Рис. 05: Скорость колеса vx в продоль-ном направлении, тормозная сила FB и тормозной момент MB; vx = Скорость колеса в продольном направлении FN = Вертикальная сила (нормальная реакция опоры) FB = Тормозная сила
MB = Тормозной момент

Для обеспечения движения тяговая сила, передаваемая на колесо посредством крутящего момента, создаваемого двигателем, должна превосходить все внешние силы сопротивления (продольные и поперечные силы), которые возникают, например, при движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном.

Для оценки динамики движения, а также устойчивости движения транс-портного средства должны быть известны силы, действующие между шиной и дорожным полотном в так называемом пятне контакта шины с дорогой. Внешние силы, действующие в площадке соприкосновения шины с дорогой, передаются через колесо на транспортное средство. С увеличением практики вождения водитель все лучше и лучше учится реагировать на эти силы.

По мере приобретения опыта вождения, у водителя все отчетливее возникают ощущения сил действующих в пятне контакта шины с дорогой. Величина и направление внешних сил зависит от интенсивности разгона и торможения автомобиля, при действии боковых сил от ветра, или при движении по дороге с поперечным уклоном. Особняком стоит опыт вождения по скользким дорогам, когда чрезмерное воздействие на органы управления могут сорвать шины автомобиля в скольжение.

Но самое главное это то, что водитель обучается правильным и дозированным действиям органами управления, которые препятствуют возникновению неуправляемого движения. Неумелые действия водителя при высокой мощности двигателя особенно опасны, так как силы, действующие в пятне контакта, могут превысить допустимый предел по сцеплению, что может вызвать занос автомобиля или полную потерю управляемости, и повышает износ шин.

Силы в пятне контакта шины с дорогой Только строго дозированные силы в пятне контакта колеса с дорогой способны обеспечить соответствующие желанию водителя скорость и изменение направления движения. Суммарная сила в пятне контакта шины с дорогой складывается из следующих составляющих её сил:

Касательная сила, направленная по окружности шины Касательная сила Fμ возникает в результате передачи крутящего момента приводным механизмом или при торможении автомобиля. Она действует в продольном направлении на поверхность дороги (продольная сила) и дает возможность водителю произвести разгон при воздействии на педаль газа или обеспечить замедление движения при его воздействии на педаль тормоза.

Вертикальная сила (нормальная реакция опоры) Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги обозначается как радиально направленная сила, или как нормальная реакция опоры FN. Вертикальная сила между шиной и поверхностью дороги присутствует всегда, как при движении транспортного средства, так и при его неподвижности. Вертикальная сила, действующая на опорную поверхность, определяется частью веса автомобиля, приходящегося на это колесо, плюс дополнительная вертикальная сила, возникающая в результате перераспределения веса при разгоне, торможении или движении в повороте.

Вертикальная сила увеличивается или уменьшается при движении автомобиля на подъем или под уклон, при этом увеличение или уменьшение вертикальной силы зависит от направления движения автомобиля. Нормальная реакция опоры определяется при неподвижном положении транспортного средства, установленного на горизонтальной поверхности.

Дополнительные силы могут увеличить или уменьшить значение вертикальной силы между колесом и поверхностью дороги (нормальной реакции опоры). Так при движении не повороте дополнительная сила уменьшает вертикальную составляющую на внутренних к центру поворота колесах и увеличивает вертикальную составляющую на колесах внешней стороны транспортного средства.

Площадка контакта шины с поверхностью дороги деформируется прилагаемой к колесу вертикальной силой. Так как боковины шины подвергаются соответствующей деформации, вертикальная сила не может распределяться равномерно по всей площади пятна контакта, а возникает трапецевидное распределение давления шины на опорную поверхность. Боковины шины принимают на себя внешние силы, и шина деформируется в зависимости от величины и направления внешней нагрузки.

Боковая сила

Боковые силы оказывают действие на колесо, например, при действии бокового ветра, или при движении автомобиля на повороте. Управляемые колеса движущегося автомобиля при их отклонении от прямолинейного положения также подвергаются действию боковой силы. Боковые силы вызывает измерение направления движения транспортного средства.

Предыдущая 1 .. 10 > .. >> Следующая
333. Брусок двигают вправо (рис. 82). Куда направлена сила трения скольжения?
334. Лестница у стены занимает положение, изображенное на рисунке 83. Укажите направление силы трения в местах соприкосновения лестницы со стеной и полом.
335. Брусок движется равномерно (рис. 84). Куда направлены сила упругости нити и сила трения скольжения, возникающая при движении бруска по поверхности стола? Чему равна равнодействующая этих сил?
336. Колесо автомобиля буксует (рис. 85). Куда направлена сила трения скольжения между буксующим колесом и дорогой? сила трения покоя (упругости дороги)?
Рис. 86
Рис. 87
837. Книга прижата к вертикальной поверхности (рис. 86). Изобразите графически направления сил тяжести и трения покоя, действующих на книгу.
338. Тележка равномерно движется (см. рис. 79). Какая сила приводит в движение груз, лежащий на тележке? Куда она направлена?
339. На транспортере движется ящик с грузом (без скольжения). Куда направлена сила трения покоя между лентой транспортера и ящиком?
340. Если автобус равномерно движется по горизонтальному пути, чему равна сила трения покоя?
341. Парашютист, масса которого 70 кг, равномерно движется. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашют?
342. С помощью динамометра равномерно перемещают брусок (см. рис. 82). Чему равна сила трения скольжения между бруском и поверхностью стола? (Цена деления динамометра 1 Н.)
343. Зубья пилы разводят в разные стороны от плоскости пилы. На рисунке 87 показаны пропилы, сделанные неразведенной и разведенной пилами. Какой пилой труднее пилить: разведенной или неразведенной? Почему?
344. Приведите примеры, когда трение полезно и когда оно приносит вред.
17. ДАВЛЕНИЕ1
345. Два тела равного веса поставлены на стол так, как показано на рисунке 88 (слева). Одинаковое ли давление они производят на стол? Если эти тела поставить на чашки весов, то нарушится ли равновесие весов?
346. Одинаковое ли давление оказываем мы на карандаш, затачивая его тупым и острым ножом, если прилагаемое нами усилие одно и то же?
1 При расчетах принимать g=10 Н/кг.
37
347. Перемещая одинаковый груз (рис. 89), мальчики в первом случае прикладывают большую силу, чем во втором. Почему? В каком случае давление груза на пол больше? Почему?
348. Зачем у лопаты верхний край, на который надавливают ногой, изогнут?
349. Для чего у косилки, соломорезки и других сельскохозяйственных машин режущие части должны быть остро отточены?
350. Зачем для проезда по болотистым местам делают настил из хвороста, бревен или досок?
351. Когда скрепляют болтом деревянные бруски, под гайку и головку болта подкладывают широкие металлические плоские кольца — шайбы (рис. 90). Для чего это делают?
352. Для чего при вытаскивании гвоздей из доски подкладывают под клещи железную полоску или дощечку?
353. Объясните назначение наперстка, надеваемого на палец при шитье иглой.
354. В одних случаях давление стараются уменьшить, а в других — увеличить. Приведите примеры, где в технике или в быту уменьшают, а где увеличивают давление.
355. На рисунке 91 изображен кирпич в трех положениях. При каком положении кирпича давление на доску будет наименьшим? наибольшим?
Рис. 89
Рис. 91
Рис. 90
38
3
Рис. 92
Рис. 93
356. Одинаковое ли давление производят на стол кирпичи, расположенные так, как показано на рисунке 92?
357. Два кирпича поставлены друг на друга так, как показано на рисунке 93. Одинаковы ли силы, действующие на опору, и давление в обоих случаях?
358. Розетки прессуют из специальной массы (барка-литовой), действуя на нее силой 37,5 кН. Площадь розетки 0,0075 м2. Под каким давлением находится розетка?
359. Площадь дна кастрюли равна 1300 см2. Вычислите, на сколько увеличится давление кастрюли на стол, если в нее налить воду объемом 3,9 л.
360. Какое давление на пол производит мальчик, масса которого 48 кг, а площадь подошв его обуви 320 см2?
361. Спортсмен, масса которого 78 кг, стоит на лыжах. Длина каждой лыжи 1,95 м, ширина 8 см. Какое давление оказывает спортсмен на снег?
362. Токарный станок массой 300 кг опирается на фундамент четырьмя ножками. Определите давление станка на фундамент, если площадь каждой ножки 50 см2.
363. Лед выдерживает давление 90 кПа. Пройдет ли по этому льду трактор массой 5,4 т, если он опирается на гусеницы общей площадью 1,5 м2?
364. Двухосный прицеп с грузом имеет массу 2,5 т. Определите давление, оказываемое прицепом на дорогу, если площадь соприкосновения каждого колеса с дорогой равна 125 см2.
365. На железнодорожную двухосную платформу поставили артиллерийское орудие массой 5,5 т. На сколько увеличилось давление платформы на рельсы, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 5 см2?
366. Вычислите давление, производимое на рельсы четырехосным груженым вагоном массой 32 т, если площадь соприкосновения колеса с рельсом 4 см2.
39
Рис. 95
Рис. 96
367. Какое давление оказывает на грунт гранитная колонна, объем которой 6 м3, если площадь основания ее 1,5 м*?
368. Можете ли вы гвоздем оказать давление 105 кПа? Рассчитайте, какую силу для этого надо приложить к головке гвоздя, если площадь острия гвоздя равна 0,1 мм2.

Сила реакции земли — обзор

Составляющие силы реакции земли

На рисунке 7.17 показаны сила реакции земли ( F ) и переднезадняя ( F X ), вертикальная ( F Y ) и медиолатеральные ( F Z ) компоненты силы реакции опоры в одной точке в фазе одной опоры правой ноги. При ходьбе прямо вперед медиолатеральный компонент обычно очень мал, что приводит к небольшому перемещению тела из стороны в сторону.На рис. 7.18 показаны переднезадний, вертикальный и медиолатеральный компоненты силы реакции опоры (кривые сила-время), действующие на каждую ногу во время цикла походки. Движение центра тяжести во время цикла походки определяется равнодействующей силой, действующей на него. В течение периода одиночной опоры результирующая сила, действующая на центр тяжести, определяется массой тела и силой реакции земли, действующей на заземленную ступню. В период двойной опоры результирующая сила, действующая на центр тяжести, определяется массой тела и силами реакции опоры на обе ступни.

Вертикальный компонент силы реакции опоры, действующей на каждую ногу, обычно характеризуется двумя плавными пиками, причем подъем и спад каждого пика занимают примерно половину фазы опоры (см. Рис. 7.18). Подъем и спад первого пика примерно соответствуют периоду от удара пяткой до отрыва от пятки, а подъем и спад второго пика примерно соответствуют периоду от отрыва пятки до отрыва от пятки.

Подобно вертикальному компоненту, переднезадний компонент обычно характеризуется преобладанием двух плавных пиков, подъем и спад которых соответствуют подъему и падению двух пиков вертикального компонента.Результирующий переднезадний компонент силы действует в обратном направлении от средней точки двойной опоры до отрыва от пятки (сила торможения), указывая на замедление центра тяжести, то есть скорость движения тела вперед уменьшается. От пятки до середины следующей двойной опоры результирующий переднезадний компонент действует вперед, указывая на ускорение центра тяжести вперед, то есть скорость движения тела увеличивается.

Результирующий медиолатеральный компонент силы, действующей на центр тяжести во время цикла походки, действует медиально во время одиночной стойки и меняет направление во время двойной опоры, т.е.е. от медиального на правой стопе до медиального на левой стопе в период от удара левой пяткой до отрыва правой ноги (см. рис. 7.18).

В дополнение к характерным плавным фазам вертикального, переднезаднего и медиолатерального компонентов силы реакции опоры на каждую ступню, все три компонента часто характеризуются одним или несколькими переходными шипами вскоре после удара пяткой, которые отражают воздействие удара пятка с землей (см. F Y на рисунке 7.18). Амортизирующая обувь уменьшит или устранит эти кратковременные всплески (Czerniecki 1988).

Обзор законов Ньютона — с ответами № 2

Перейдите к:

Обзорная сессия Домашняя страница — Список тем

Законы Ньютона — Домашняя страница || Версия для печати || Вопросы со ссылками

Ответы на вопросы: Все || # 1-7 || # 8-36 || # 37-46 || # 47-60

Часть C: Принудительный выбор и короткий ответ

8а.Большой Бубба на Земле имеет массу 100 кг. Какова масса Большого Буббы на Луне, где сила тяжести примерно 1/6 от земной? ________ Объясните или покажите свою работу.

Ответ: 100 кг

Масса — это величина, не зависящая от местоположения объекта. Итак, если Большой Бубба имеет массу 100 кг на Земле, то он также имеет массу 100 кг на Луне. Изменится только вес, когда Большой Бубба переместится с Земли на Луну. Он весит ~ 1000 Н на Земле и 1/6 этой величины (~ 167 Н) на Луне.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

8б. Маленькая Билли на Земле весит 360 Н. Какова масса Маленькой Билли на Луне, где сила тяжести примерно в 6 раз меньше земной? ________ Объясните или покажите свою работу.

Ответ: ~ 36 кг

Масса объекта связана с весом уравнением W = m • g , где g = ~ 10 м / с / с на Земле и одна шестая от этого значения (~ 1.67) на Луне. Таким образом, если Билли весит на Земле 360 Н, то его масса составляет примерно ~ 36 кг. Его масса на Луне будет такой же, как и на Земле. На Луне меняется только его вес; вместо 360 Н, это 60 Н. Его вес на Луне можно определить, умножив его массу на значение g на Луне: (36 кг) • (9,8 / 6 м / с / с) = ~ 60 №


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


9. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

На объект, который движется вправо, действует сила, направленная вправо.

Ответ: Ложь

Объект, который ускоряется вправо, должен иметь направленную вправо силу и чистую направленную вправо силу, действующую на него. Но объект, который просто движется вправо, не обязательно имеет силу вправо. Автомобиль, который движется вправо и буксует до остановки, не имеет силы, действующей вправо.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


10.Величина полезной силы, необходимая для удержания объекта весом 5 кг вправо с постоянной скоростью 2 м / с, составляет ____.

а. 0 N

г. 0.4 N

г. 2 N

г. 2.5 N

e. 5 N

Ответ: A

Сила полезная всегда равна m • a.В этом случае скорость постоянна, поэтому ускорение равно нулю, а результирующая сила равна нулю. Движение с постоянной скоростью всегда можно связать с нулевой чистой силой.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


11. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

Для объекта, лежащего на неускоряющейся поверхности, нормальная сила равна весу объекта.

Ответ: Ложь

Как ни удивительно для многих, нормальная сила не всегда равна весу объекта. Предположим, что человек весит 800 Н и сидит на столе в покое. Затем предположим, что другой человек подходит и толкает вниз плечи человека, прилагая нисходящую силу в 200 Н. С дополнительной направленной вниз силой 200 Н, действующей на человека, общая направленная вверх сила должна составлять 1000 Н. Нормальная сила поддерживает восходящую силу. сила для поддержки как силы тяжести, так и приложенной силы, действующей на человека.Его значение равно 1000 Н, что не равно силе тяжести человека.

12. На какой из следующих диаграмм сил изображен объект, движущийся вправо с постоянной скоростью? Перечислите все подходящие варианты.

Ответ: AC

Если объект движется с постоянной скоростью в постоянном направлении вправо, то ускорение равно нулю, а результирующая сила должна быть равна нулю. Варианты B и D показывают чистую силу вправо и, следовательно, ускорение вправо, несовместимое с описанным движением.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


13. Согласно третьему закону Ньютона, каждая сила сопровождается равной и противоположной силой противодействия . Причина, по которой эти силы не отменяют друг друга, ____.

а. сила действия действует более длительный период времени

г. две силы не всегда в одном и том же направлении

г.одна из двух сил больше другой

г. две силы действуют на разные объекты; только силы, действующие на один и тот же объект, могут уравновесить друг друга.

e. … ерунда! Они отменяют друг друга. Объекты ускоряются из-за наличия третьей силы.

Ответ: D

Силы действия и реакции всегда действуют на взаимодействующие объекты в течение одного и того же времени с одинаковой величиной. Итак, если объект A толкает объект B, то объект B одновременно толкает объект A с той же силой.Сила, действующая на объект B, будет, возможно, одной из многих сил, которые будут управлять его движением. Но сила противодействия действует на объект A и не может способствовать движению объекта B, поскольку не действует на объект B. Силы действия-противодействия НИКОГДА не могут нейтрализовать друг друга.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


14. Когда вы сидите на стуле и изучаете свою физику (предполагая, что вы это делаете), сила тяжести действует на ваше тело сверху вниз.Сила реакции силы Земли, тянущей вас вниз, равна ___.

а. сила стула толкает вас вверх

г. сила пола толкает стул вверх

г. сила Земли толкает вас вверх

г. сила молекул воздуха, толкающих вас вверх

e. сила вашего тела, тянущая Землю вверх

ф. … ерунда! Гравитация — это сила поля, и такой силы реакции нет.

Ответ: E

Самый частый неправильный ответ — сила стула толкает вас вверх. Когда вы сидите на стуле, стул действительно толкает вас вверх, но это не сила реакции на силу Земли, тянущую вас вниз. Стул, толкающий вас вверх, является силой реакции на то, что вы сидите на нем и толкаете стул вниз. Чтобы определить пары сил действие-противодействие, если дано утверждение формы , объект A подтягивает X-ward к объекту B , просто возьмите субъект и объект в предложении и поменяйте их местами, а затем измените направление на противоположное. (таким образом, сила реакции — объект B тянет объект A в направлении, противоположном X).Итак, если Земля и тянет , вы, , , вниз , тогда сила реакции равна , вы, , тянете Землю, , , вверх, .


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]


15. Профессиональный игрок в гольф кладет мяч на мишень, выстраивает его удар, отводит клюшку назад и позволяет одному разорвать мяч.Во время контакта клюшки с мячом для гольфа сила клюшки на мяч равна ____ силы, действующей на клюшку, а ускорение клюшки на ____, чем ускорение мяча.

а. больше, больше

г. больше чем, равно

г. больше, меньше

г.менее, менее

e. меньше чем, равно

ф. меньше, больше

г. равно, равно

ч. равно, больше

и. равно, менее

Ответ: I

Для каждого действия существует равная и противоположная сила реакции.В этом случае сила, действующая на клюшку, равна силе, действующей на мяч. Последующие ускорения взаимодействующих объектов будут обратно зависеть от массы. Более массивная клюшка будет иметь меньшее ускорение, чем менее массивный мяч.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

Каждый из законов Ньютона может играть роль в любой конкретной ситуации.Однако один из законов часто является доминирующим в управлении движением ситуации. Выберите, какой из Ньютона наиболее управляет ситуациями, описанными ниже.

а. Первый закон (инерция)

г. Второй закон (F = m • a)

г. Третий закон (действие-противодействие)


16. Вертолет должен иметь два набора лопастей, чтобы летать стабильно.


17. Если вы были в лифте, и трос оборвался, подпрыгивание непосредственно перед тем, как лифт коснулся земли, вас не спасет. Извините.


18. Обычно бумажное полотенце выдергивается из рулона, чтобы порвать его, вместо того, чтобы плавно тянуть за него.


19. Студенческий стол меняет силу, которую он прикладывает к другим предметам в течение учебного дня.


20. Горизонтально перемещать тяжелые объекты на Луне не легче, чем на Земле.


21. Более сильная и тяжелая команда в перетягивании каната не создает большего натяжения каната, чем более слабая и легкая команда.

Ответы: См. Ответы и пояснения ниже.

16. C — Когда лопасти вертолета вращаются и толкают воздух в одном направлении, воздух толкает лопасти в противоположном направлении; в результате вертолет может начать вращаться вокруг оси лопасти. Чтобы противодействовать этому вращению, требуется второй набор лопастей.

17. A — Объект, движущийся вниз, будет продолжать двигаться вниз, если на него не действует неуравновешенная сила. Если вы приложите усилие для создания такой силы в попытке внезапно изменить направление своего движения, тогда вы создадите большее изменение скорости, чем если бы вы просто ударились о землю и остановились. Если бы это большее изменение скорости произошло внезапно (за то же время, что и вы и лифт остановился), тогда вы испытаете большее ускорение, большую чистую силу и большую отметку, чем если бы вы просто ударились о землю. и остановился.

18. A — Бумажное полотенце находится в состоянии покоя и сопротивляется изменениям своего состояния покоя. Таким образом, если вы приложите внезапную силу к одному из листов бумажного полотенца, большая масса оставшейся части рулона будет сопротивляться изменению своего состояния покоя, и рулон легко сломается в месте перфорации.

19. C — Когда ученик сидит на сиденье, он прикладывает к сиденью направленную вниз силу. Сила реакции заключается в том, что сиденье воздействует на человека направленной вверх силой. Человек на более тяжелый, чем на человек, приложит больше силы, направленной вниз, чем более легкий человек.Таким образом, сиденье будет постоянно менять величину силы реакции в течение дня, когда в нем сидят ученики разного веса.

20. A — Все объекты обладают инерцией или склонностью сопротивляться изменениям в их состоянии движения. Эта инерция зависит исключительно от массы и впоследствии не изменяется из-за изменений в гравитационной среде. Чтобы переместить объект по горизонтали, нужно приложить силу; этой силе будет противостоять масса или инерция объекта. На Луне объект обладает той же инерцией, что и на Земле; так же трудно (или легко) передвигаться.

21. C — Трос натягивается с обоих концов. Натяжение веревки везде одинаковое. Если бы команда A тянула за левый конец, то левый конец тянул бы назад с той же силой, действующей на команду A. Эта сила одинакова везде в веревке, в том числе в том конце, где тянет команда B. Таким образом, команда B тянет за веревку с той же силой, что и команда A. Итак, если силы одинаковы на каждом конце, как команда может когда-либо выиграть перетягивание каната? Более сильная команда выигрывает перетягивание каната своими ногами.Они толкают землю с большей силой, чем другая команда. Эта сила, действующая на землю, приводит к обратной силе команды, чтобы она тянула веревку, а другую команду назад через линию.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

Чтобы ответить на несколько следующих вопросов, рассмотрите приведенный ниже график скорость-время для движения объекта по горизонтальной поверхности.Движение разделено на несколько временных интервалов, каждый из которых обозначен буквой.


22. В течение какого промежутка времени (а) отсутствуют силы, действующие на объект? Перечислите все подходящие варианты.


23. В течение какого промежутка времени (а), если таковые имеются, уравновешиваются силы, действующие на объект? Перечислите все подходящие варианты.


24. В течение какого интервала времени, если таковые имеются, действует чистая сила на объект? Перечислите все подходящие варианты.


25.В течение каких интервалов времени, если таковые имеются, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​вправо? Перечислите все подходящие варианты.


26. В течение какого интервала времени, если таковые имеются, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​влево? Перечислите все подходящие варианты.

Ответы: См. Ответы и пояснения ниже.

22. Нет — Если объект находится на поверхности, можно гарантировать действие как минимум двух сил — силы тяжести и нормальной силы.

23.BDFH — Если силы уравновешены, объект движется с постоянной скоростью. Это представлено горизонтальной линией на графике скорость-время.

24. ACEG — Если на объект действует сила, то он ускоряется. Ускорение представлено наклонной линией на графике скорость-время.

25. AE — Если чистая сила направлена ​​вправо, то ускорение будет вправо (в направлении +). Это представлено линией с наклоном + (т. Е. С наклоном вверх).

26. CG — Если чистая сила направлена ​​влево, то ускорение будет влево (в направлении -). Это представлено линией с наклоном — (т. Е. С наклоном вниз).


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

В ответ на несколько следующих вопросов рассмотрите приведенную ниже точечную диаграмму движения объекта по горизонтальной поверхности.Движение разделено на несколько временных интервалов, каждый из которых обозначен буквой.


27. В течение какого промежутка времени (а), если есть, нет сил, действующих на объект? Перечислите все подходящие варианты.


28. В течение какого промежутка времени (а), если таковые имеются, уравновешиваются силы, действующие на объект? Перечислите все подходящие варианты.


29. В течение какого промежутка времени (а), если таковые имеются, действует чистая сила на объект? Перечислите все подходящие варианты.


30.В течение каких интервалов времени, если таковые имеются, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​вправо? Перечислите все подходящие варианты.


31. В течение какого интервала времени, если таковые имеются, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​влево? Перечислите все подходящие варианты.

Ответы: См. Ответы и пояснения ниже.

27. Нет — если объект находится на поверхности, можно гарантировать наличие как минимум двух сил — силы тяжести и нормальной силы.

28.ACEGI — Если силы уравновешены, то объект движется с постоянной скоростью или находится в состоянии покоя. Это представлено участком точечной диаграммы, где точки расположены на одинаковом расстоянии друг от друга (движутся с постоянной скоростью) или даже не разнесены вообще (в состоянии покоя).

29. BDFH — Если на объект действует общая сила, то он ускоряется. Ускорение представлено частью точечной диаграммы, на которой расстояние между последовательными точками либо увеличивается, либо уменьшается.

30.BF — Если чистая сила направлена ​​вправо, то ускорение будет вправо (в направлении +). Это представлено точечной диаграммой, на которой точки увеличивают свое разделительное расстояние по мере того, как объект перемещается слева направо.

31. DH — Если чистая сила направлена ​​влево, то ускорение будет влево (в направлении -). Это представлено точечной диаграммой, на которой точки уменьшают свое разделительное расстояние по мере того, как объект перемещается слева направо.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

В качестве следующих нескольких вопросов рассмотрите диаграмму траектории, показанную ниже для снаряда , брошенного под углом к ​​горизонтали. Векторные стрелки представляют собой горизонтальную и вертикальную составляющие скорости снаряда. Несколько точек траектории помечены буквой.Используйте диаграмму траектории, чтобы ответить на следующие несколько вопросов. (Считайте сопротивление воздуха незначительным.)


32. В какой точке (точках), если таковые имеются, нет сил, действующих на объект? Перечислите все подходящие варианты.


33. В какой точке (точках), если таковые имеются, уравновешиваются силы, действующие на объект? Перечислите все подходящие варианты.


34. В какой точке (точках), если таковые имеются, действует чистая сила на объект? Перечислите все подходящие варианты.


35.В какой точке (точках), если таковая имеется, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​вправо? Перечислите все подходящие варианты.


36. В какой точке (точках), если таковые имеются, результирующая сила, действующая на объект, направлена ​​вверх? Перечислите все подходящие варианты.

Ответы: См. Ответы и пояснения ниже

32. Нет

33. Нет

34. ABCDEFG

35. Нет

36. Нет

Этот объект является снарядом, что видно по его постоянной горизонтальной скорости и изменяющейся вертикальной скорости (кроме того, в задаче указано, что это снаряд).Снаряд — это объект, на который действует только сила тяжести. Гравитация действует вниз, ускоряя объект вниз. Эта сила — неуравновешенная сила или чистая сила. Это заставляет вертикально поднимающийся объект замедляться, а падающий — ускоряться.

Наличие горизонтальной скорости не требует горизонтальной силы, только баланса горизонтальных сил. Отсутствие сил по горизонтали заставит снаряд двигаться с постоянной горизонтальной скоростью после запуска. Точно так же этому снаряду не нужна направленная вверх сила.При запуске ему сообщается восходящая скорость; эта скорость неуклонно уменьшается по мере того, как на объект действует направленная вниз сила тяжести. Сила, направленная вверх, потребуется только для объекта, который ускоряется по мере подъема вверх.


[# 8 | # 9 | # 10 | # 11 | # 12 | # 13 | # 14 | # 15 | # 16 | # 17 | # 18 | # 19 | # 20 | # 21 | # 22 | # 23 | # 24 | # 25 | # 26 | # 27 | # 28 | # 29 | # 30 | # 31 | # 32 | # 33 | # 34 | # 35 | # 36]

Перейдите к:

Обзорная сессия Домашняя страница — Список тем

Законы Ньютона — Домашняя страница || Версия для печати || Вопросы со ссылками

Ответы на вопросы: Все || # 1-7 || # 8-36 || # 37-46 || # 47-60

Вам тоже может понравиться…

Пользователи The Review Session часто ищут учебные ресурсы, которые предоставляют им возможности для практики и обзора, которые включают встроенную обратную связь и инструкции. Если это то, что вы ищете, то вам также может понравиться следующее:
  1. Блокнот калькулятора

    Блокнот калькулятора включает в себя текстовые задачи по физике, организованные по темам. Каждая проблема сопровождается всплывающим ответом и аудиофайлом, в котором подробно объясняется, как подойти к проблеме и решить ее.Это идеальный ресурс для тех, кто хочет улучшить свои навыки решения проблем.

    Посещение: Панель калькулятора На главную | Блокнот для калькулятора — Законы Ньютона

  2. Minds On Physics App Series

    Minds On Physics App («MOP the App») представляет собой серию интерактивных модулей вопросов для учащихся, которые серьезно настроены улучшить свое концептуальное понимание физики. Каждый модуль этой серии посвящен отдельной теме и разбит на подтемы.«Опыт MOP» предоставит учащемуся сложные вопросы, отзывы и помощь по конкретным вопросам в контексте игровой среды. Он доступен для телефонов, планшетов, Chromebook и компьютеров Macintosh. Это идеальный ресурс для тех, кто желает усовершенствовать свои способности к концептуальному мышлению. Вторая часть серии включает в себя законы движения Ньютона.

    Посетите: MOP the App Home || MOP приложение — часть 2

Как найти силу реакции опоры

Сила реакции опоры относится к силам упругости и всегда направлена ​​перпендикулярно поверхности.Он сопротивляется любой силе, которая заставляет тело двигаться перпендикулярно опоре. Для того, чтобы его рассчитать, необходимо определить и узнать численное значение всех сил, действующих на тело, стоящее на опоре.

Вам понадобится

  • — весы;
  • — спидометр или радар;
  • — гониометр.

Инструкция по эксплуатации

1

Определите массу тела с помощью весов или любого другого метода. Если тело находится на горизонтальной поверхности (неважно, движется оно или покоится), то сила реакции опоры равна силе тяжести, действующей на тело.Чтобы вычислить его, умножьте массу тела на ускорение свободного падения, которое составляет 9,81 м / с² N = m • g.

2

Когда тело движется по наклонной плоскости, направленной под углом к ​​горизонтали, сила реакции опоры находится под углом силы тяжести. Однако он компенсирует только тот компонент силы тяжести, который действует перпендикулярно наклонной плоскости. Чтобы рассчитать силу реакции опоры, с помощью транспортира измерьте угол, под которым плоскость расположена к горизонту.Рассчитайте силу реакции опоры, умножив массу тела на ускорение свободного падения и косинус угла, под которым самолет находится к горизонту N = m • g • Cos (α).

3

Если тело движется по поверхности, которая является частью окружности с радиусом R, например, мост, холм, то сила реакции опоры учитывает силу, действующую в направлении от центра окружности, с ускорением, равным центростремительному, действуя на тело.Чтобы рассчитать силу реакции опоры в верхней точке, вычтите отношение квадрата скорости к радиусу кривизны траектории из ускорения свободного падения.

4

Умножьте полученное число на массу движущегося тела N = m • (g-v² / R). Скорость следует измерять в метрах в секунду, а радиус — в метрах. На определенной скорости значение ускорения, направленного от центра окружности, может равняться, а то и превышать ускорение свободного падения, в этот момент пропадет прилипание тела к поверхности, поэтому, например, автомобилистам необходимо четко контролируйте скорость на таких участках дороги.

5

Если кривизна направлена ​​вниз и траектория тела вогнута, тогда вычислите силу реакции опоры, добавив к ускорению свободного падения отношение квадрата скорости и радиуса кривизны траектории, и умножьте полученный результат на масса тела N = m • (g + v² / R).

6

Если сила трения и коэффициент трения известны, рассчитайте силу реакции опоры, разделив силу трения на этот коэффициент N = Ftr / μ.

стойкость

Определение пар действий и сил реакции — видео и стенограмма урока

Определение действия и реакции

Определить силы действия и реакции между объектами довольно просто. Во-первых, это помогает идентифицировать само взаимодействие. Допустим, вы отжимаетесь от пола. Или, может быть, теннисная ракетка ударяет по теннисному мячу. Как насчет запуска ракеты с земли?

Все эти примеры представляют собой взаимодействия, в результате которых на объекты, участвующие во взаимодействии, действуют силы.Когда вы отталкиваетесь от пола, вы прикладываете силу действия к земле, в то время как земля оказывает противодействующую силу прямо на вас.

В теннисном матче ракетка оказывает на мяч действующую силу, и когда мяч ударяется по нему, она оказывает на ракетку равную и противоположную силу реакции.

Ракета запускается, потому что она толкает газ, выходящий из заднего конца, для силы действия, в то время как газ толкает ракету вверх с силой противодействия.

Только разные объекты

В каждом из этих случаев действие — это сила, оказываемая первым объектом на второй, а сила противодействия — это сила, действующая на первый объект вторым.Важно отметить, что силы действия и противодействия действуют на разные объекты при взаимодействии. Две равные и противоположные силы, действующие на один и тот же объект, не образуют пары действие-противодействие!

Вот почему две противостоящие силы не сходятся. Если по футбольному мячу бьют с обеих сторон одновременно, он никуда не уходит, потому что две ноги, бьющие его ногой, оказывают равные и противоположные силы на один и тот же мяч и нейтрализуют друг друга.

Однако, когда вы ударяете по футбольному мячу только одной ногой, эта ступня оказывает на мяч силу воздействия, и в то же время мяч оказывает на вашу ногу силу реакции.В этом случае силы не уравновешиваются, поэтому мяч летит по воздуху.

Эффект сил

Вам может быть интересно, почему мяч взлетает, а вы остаетесь стоять на земле. Это связано с массой объектов во взаимодействии. Вы намного массивнее мяча, поэтому мяч ускоряется. Оба объекта оказывают одинаковое количество силы, но разница заключается в том, как эти силы воздействуют на разные объекты.

Давайте рассмотрим это подробнее.Представьте себе пушку, стреляющую пушечным ядром. Между двумя объектами существует взаимодействие, поэтому существуют силы действия и противодействия. Однако пушка лишь слегка отскакивает, когда стреляет в пушечное ядро, но пушечное ядро ​​летит по воздуху.

Мы можем взглянуть на второй закон движения Ньютона , чтобы понять, почему это происходит. Этот закон гласит, что ускорение пропорционально чистой силе и обратно пропорционально массе объекта. Это означает, что с увеличением силы увеличивается и ускорение , , которое является изменением состояния движения объекта.Но с увеличением массы ускорение уменьшается. Поскольку силы равны, вы можете видеть, что масса действительно является ключевым игроком в том, как на объект влияют силы, действующие на него.

Собирая все вместе, понятно, что пушка не ускоряется так сильно, как ядро, потому что пушка намного массивнее. Больше массы означает меньшее ускорение. Пушечное ядро ​​имеет гораздо меньшую массу, поэтому на него очень сильно влияет сила взаимодействия, оно вылетает из пушки и летит по воздуху.

Это верно для любой пары сил действие-противодействие. Допустим, вы едете по шоссе, и жук врезается вам в лобовое стекло. Ваша машина, наездившаяся на жучок, — это действие, а жук, ударяющийся в ваше лобовое стекло, — это реакция. В то время как жук, к сожалению, встречает безвременную смерть, ваше лобовое стекло почти не замечает это событие. Сила, действующая на жучок, аналогична силе, приложенной к лобовому стеклу, но влияние на жука намного больше, потому что он имеет такую ​​небольшую массу по сравнению с вашим автомобилем!

Действие равно противодействию

Есть еще одна вещь, о которой следует помнить о силах действия-противодействия: действие всегда равно противодействию.Это означает, что независимо от того, сколько силы вы пытаетесь приложить к объекту, действие может происходить только с той силой, с которой может вернуться реакция.

Когда вы врезались в жучок, ваше лобовое стекло не могло оказать на жук больше силы, чем жучок мог бы оказать на ваш автомобиль. То же самое и с футболом — вы не можете ударить его сильнее, чем он может дать вам ответный удар.

Все еще не верите? Попробуйте сделать это дома: подержите лист бумаги в воздухе, уроните его и, когда он упадет, постарайтесь ударить по нему как можно сильнее.Что вы обнаружите, так это то, что как бы сильно вы ни взмахнули ею, вы не сможете ударить по бумаге сильнее, чем она может нанести вам ответный удар. Бумага просто не способна проявить очень большое количество силы, а поскольку действие и противодействие всегда равны по величине, это не позволяет вам приложить к ней большое количество силы действия.

Резюме урока

Третий закон движения Ньютона говорит нам, что для каждой действующей силы существует противоположная и равная сила противодействия. При любом взаимодействии между двумя объектами первый объект оказывает силу на второй, а второй объект оказывает на первый объект силу, равную по величине и противоположную по направлению.

Для простоты проще всего назвать силу первого объекта действием, а силу второго — противодействием, но на самом деле это не имеет значения, если вы понимаете взаимодействие и то, как объекты связаны друг с другом. .

Силы действия и реакции не нейтрализуют друг друга, потому что они действуют на отдельные объекты. Что отличает взаимодействие, так это влияние сил, а не самих сил. Менее массивные объекты будут чувствовать эффекты сильнее, чем более массивные.Это потому, что масса обратно пропорциональна ускорению и — изменению состояния движения объекта.

Больше массы означает меньшее ускорение, меньшая масса означает большее ускорение объекта. Несчастный жук забрызгивает ваше лобовое стекло, потому что ускорение для жука намного больше, чем то, что испытывает ваш автомобиль!

Силы действия и реакции всегда равны по величине, поэтому невозможно приложить к объекту больше силы, чем оно может оказать.Как бы вы ни старались, вы не сможете ударить по листу бумаги сильнее, чем он может ударить вас обратно. Точно так же ваше лобовое стекло не трескается, когда жук ударяет его, потому что сила действия может быть ровно той, которую это крошечное насекомое может проявить в ответ.

Результаты обучения

Завершив этот урок, вы сможете:

  • Понимать второй и третий законы движения Ньютона
  • Укажите на взаимосвязь между действием и противодействием и силой
  • Посмотрите на взаимосвязь между массой и ускорением

12.2 примера статического равновесия — University Physics Volume 1

Силы в предплечье
Тяжелоатлет держит в предплечье гирю в 50,0 фунтов (эквивалент 222,4 Н), как показано на рисунке 12.11. Его предплечье расположено под углом β = 60 ° β = 60 ° по отношению к его плечу. Предплечье поддерживается сокращением двуглавой мышцы, которое вызывает крутящий момент вокруг локтя. Предполагая, что напряжение в двуглавой мышце действует в вертикальном направлении, определяемом силой тяжести, какое напряжение должна прикладывать мышца, чтобы удерживать предплечье в показанном положении? Какая сила действует на локтевой сустав? Предположим, что вес предплечья незначителен.Дайте окончательные ответы в единицах СИ. Фигура 12.11 Предплечье вращается вокруг локтя ( E ) за счет сокращения двуглавой мышцы, что вызывает напряжение T → M.T → M.
Стратегия
Мы выделяем три силы, действующие на предплечье: неизвестная сила F → F → в локте; неизвестное напряжение T → MT → M в мышце; и вес w → w → с величиной w = 50 фунтов. w = 50 фунтов. Мы принимаем систему отсчета с осью x вдоль предплечья и шарниром в локте.Вертикальное направление — это направление веса, которое совпадает с направлением плеча. Ось x составляет угол β = 60 ° β = 60 ° с вертикалью. Ось y перпендикулярна оси x . Теперь создадим диаграмму свободного тела для предплечья. Сначала мы рисуем оси, точку поворота и три вектора, представляющие три идентифицированные силы. Затем мы определяем угол ββ и представляем каждую силу ее составляющими x и y , не забывая перечеркнуть исходный вектор силы, чтобы избежать двойного счета.Наконец, мы помечаем силы и их рычаги. Схема свободного тела для предплечья показана на рисунке 12.12. На этом этапе мы готовы создать условия равновесия для предплечья. Каждая сила имеет компоненты x и y ; следовательно, у нас есть два уравнения для первого условия равновесия, по одному уравнению для каждой составляющей чистой силы, действующей на предплечье.

Фигура 12.12 Схема свободного тела для предплечья: Ось находится в точке E (локоть).

Обратите внимание, что в нашей системе отсчета вклад во второе условие равновесия (для крутящих моментов) происходит только от y -компонент сил, потому что x -компоненты сил параллельны плечам их рычагов, поэтому что для любого из них sinθ = 0 sinθ = 0 в уравнении 12.10. Для компонентов y мы имеем θ = ± 90 ° θ = ± 90 ° в уравнении 12.10. Также обратите внимание, что крутящий момент силы в локте равен нулю, потому что эта сила приложена к шарниру.Таким образом, вклад в чистый крутящий момент вносят только крутящие моменты TyTy и wy.wy.

Решение
Из диаграммы свободного тела видно, что составляющая x чистой силы удовлетворяет уравнению + Fx + Tx − wx = 0 + Fx + Tx − wx = 0

12.21

и y -компонент чистой силы удовлетворяет

+ Fy + Ty − wy = 0. + Fy + Ty − wy = 0.

12,22

Уравнение 12.21 и уравнение 12.22 — это два уравнения первого условия равновесия (для сил).Затем мы читаем из диаграммы свободного тела, что чистый крутящий момент вдоль оси вращения составляет

+ rTTy − rwwy = 0. + rTTy − rwwy = 0.

12,23

Уравнение 12.23 является вторым условием равновесия (для крутящих моментов) для предплечья. На диаграмме свободного тела показано, что длина плеч рычага rT = 1,5 дюйма, rT = 1,5 дюйма. и rw = 13,0 дюйма. rw = 13,0 дюйма. На этом этапе нам не нужно преобразовывать дюймы в единицы СИ, потому что, пока эти единицы согласованы в уравнении 12.23, они сокращаются. Снова используя диаграмму свободного тела, находим величины составляющих сил:

Fx = Fcosβ = Fcos60 ° = F / 2Tx = Tcosβ = Tcos60 ° = T / 2wx = wcosβ = wcos60 ° = w / 2Fy = Fsinβ = Fsin60 ° = F3 / 2Ty = Tsinβ = Tsin60 ° = T3 / 2wy = wsinβ = wsin60 ° = w3 / 2.Fx = Fcosβ = Fcos60 ° = F / 2Tx = Tcosβ = Tcos60 ° = T / 2wx = wcosβ = wcos60 ° = w / 2Fy = Fsinβ = Fsin60 ° = F3 / 2Ty = Tsinβ = Tsin60 ° = T3 / 2wy = wsinβ = wsin60 ° = w3 / 2.

Мы подставляем эти величины в уравнение 12.21, уравнение 12.22 и уравнение 12.23, чтобы получить, соответственно,

F / 2 + T / 2 − w / 2 = 0F3 / 2 + T3 / 2 − w3 / 2 = 0rTT3 / 2 − rww3 / 2 = 0. F / 2 + T / 2 − w / 2 = 0F3 / 2 + Т3 / 2-w3 / 2 = 0rTT3 / 2-rww3 / 2 = 0.

Когда мы упрощаем эти уравнения, мы видим, что остались только два независимых уравнения для двух неизвестных величин силы, F и T , потому что уравнение 12.21 для -компонента x эквивалентно уравнению 12.22 для -компонента y . Таким образом, мы получаем первое условие равновесия для сил

и второе условие равновесия моментов

rTT-rww = 0. rTT-rww = 0.

12,25

Величина напряжения мышцы определяется решением уравнения 12.25:

. T = rwrTw = 13,01,5 (50 фунтов) = 43313 фунтов 433,3 фунта T = rwrTw = 13,01,5 (50 фунтов) = 43313 фунтов 433,3 фунта.

Сила в колене получается путем решения уравнения 12.24:

F = w-T = 50,0 фунта-433,3 фунта = -383,3 фунта F = w-T = 50,0 фунта-433,3 фунта = -383,3 фунта.

Отрицательный знак в уравнении говорит нам, что действительная сила в локте антипараллельна рабочему направлению, принятому для построения диаграммы свободного тела. В окончательном ответе мы переводим силы в единицы силы СИ. Ответ

F = 383,3 фунта = 383,3 (4,448N) = 1705N вниз T = 433,3 фунта = 433,3 (4,448N) = 1927N вверх. F = 383,3 фунта = 383,3 (4,448N) = 1705N вниз T = 433,3 фунта = 433,3 (4,448N) = 1927N вверх.
Значение
Здесь стоит отметить два важных момента.Первый касается преобразования в единицы СИ, который может быть выполнен в самом конце решения, если мы сохраняем согласованность в единицах. Второй важный вопрос касается шарнирных соединений, например, локтевого. При первоначальном анализе проблемы следует всегда предполагать, что шарнирные соединения действуют в произвольном направлении в произвольном направлении , а затем вы должны решать все компоненты шарнирной силы независимо. В этом примере сила в локтевом суставе оказывается вертикальной, потому что задача предполагает, что напряжение бицепса также является вертикальным.Однако такое упрощение не является общим правилом.
Решение
Предположим, мы используем систему отсчета с направлением оси y вдоль 50-фунтовой массы и осью, расположенной в колене. В этой системе отсчета все три силы имеют только y -компонент, поэтому у нас есть только одно уравнение для первого условия равновесия (для сил). Нарисуем диаграмму свободного тела для предплечья, как показано на рисунке 12.13, с указанием оси поворота, действующих сил и их плеч рычагов по отношению к оси поворота, а также углы θTθT и θwθw, по которым силы T → MT → M и w → w → (соответственно) сделать своими рычагами.В определении крутящего момента, приведенном в уравнении 12.10, угол θTθT — это угол направления вектора T → M, T → M, отсчитываемый на против часовой стрелки на от радиального направления плеча рычага, который всегда направлен от оси вращения. По такому же соглашению угол θwθw измеряется на против часовой стрелки на от радиального направления плеча рычага до вектора w → .w →. Таким образом, ненулевые крутящие моменты легче всего вычислить путем прямой подстановки в уравнение 12.10 следующим образом: τT = rTTsinθT = rTTsinβ = rTTsin60 ° = + rTT3 / 2τw = rwwsinθw = rwwsin (β + 180 °) = — rwwsinβ = −rww3 / 2.τT = rTTsinθT = rTTsinβ = rTTsin60 ° = + rTT3 / 2τw = rwwsinθw = rwwsin (β + 180 °) = — rwwsinβ = −rww3 / 2.

Фигура 12,13 Схема свободного тела предплечья для эквивалентного решения. Ось находится в точке Е (колено).

Второе условие равновесия, τT + τw = 0, τT + τw = 0, теперь может быть записано как

rTT3 / 2-rww3 / 2 = 0. rTT3 / 2-rww3 / 2 = 0.

12,26

Из диаграммы свободного тела первое условие равновесия (для сил) —

−F + T − w = 0. −F + T − w = 0.

12.27

Уравнение 12.26 идентично уравнению 12.25 и дает результат T = 433,3 фунта T = 433,3 фунта. Уравнение 12.27 дает

F = T − w = 433,3 фунта − 50,0 фунта = 383,3 фунта F = T − w = 433,3 фунта − 50,0 фунта = 383,3 фунта.

Мы видим, что эти ответы идентичны нашим предыдущим ответам, но второй выбор системы отсчета приводит к эквивалентному решению, которое является более простым и быстрым, поскольку не требует разделения сил на их прямоугольные составляющие.

Что такое центробежные и центростремительные силы?

Центробежная сила повсеместно присутствует в нашей повседневной жизни, но так ли это, как мы думаем?

Мы испытываем это, когда поворачиваем на машине или когда самолет кренится в повороте.Мы видим это в цикле отжима стиральной машины или когда дети катаются на карусели. Однажды он может даже создать искусственную гравитацию для космических кораблей и космических станций.

Но центробежную силу часто путают с ее эквивалентом, центростремительной силой, потому что они очень тесно связаны — по сути, это две стороны одной медали.

Центростремительная сила определяется как «сила, которая необходима для удержания объекта в движении по изогнутой траектории и направлена ​​внутрь к центру вращения», в то время как центробежная сила определяется как «кажущаяся сила, которую ощущает объект, движущийся по изогнутой траектории, которая действует наружу от центра вращения », согласно словарю Merriam Webster Dictionary.

Обратите внимание, что хотя центростремительная сила является действительной силой, центробежная сила определяется как кажущаяся сила. Другими словами, при вращении массы на струне струна оказывает на нее внутреннюю центростремительную силу, в то время как масса, кажется, оказывает на струну направленную наружу центробежную силу.

«Разница между центростремительной и центробежной силой связана с разными« системами отсчета », то есть с разными точками зрения, с которых вы что-то измеряете», — сказал Эндрю А. Гансе, физик-исследователь из Вашингтонского университета.«Центростремительная сила и центробежная сила — это на самом деле одна и та же сила, только в противоположных направлениях, потому что они воспринимаются из разных систем отсчета».

Если вы наблюдаете вращающуюся систему снаружи, вы видите направленную внутрь центростремительную силу, ограничивающую вращающееся тело круговой траекторией. Однако, если вы являетесь частью вращающейся системы, вы испытываете очевидную центробежную силу, отталкивающую вас от центра круга, хотя на самом деле вы чувствуете внутреннюю центростремительную силу, которая не дает вам буквально уйти по касательной. .

Силы подчиняются законам движения Ньютона

Эта кажущаяся внешняя сила описывается законами движения Ньютона. Первый закон Ньютона гласит, что «тело в состоянии покоя будет оставаться в покое, а тело в движении будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила».

Если массивное тело движется в пространстве по прямой линии, его инерция заставит его двигаться по прямой, если только внешняя сила не заставит его ускориться, замедлить или изменить направление.2 / р.

Третий закон Ньютона гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Точно так же, как гравитация заставляет вас воздействовать на землю, кажется, что земля оказывает равную и противоположную силу на ваши ноги. Когда вы находитесь в ускоряющемся автомобиле, сиденье оказывает на вас прямую силу так же, как вы, кажется, оказывает на сиденье обратную силу.

В случае вращающейся системы центростремительная сила тянет массу внутрь по изогнутой траектории, в то время как масса, кажется, выталкивается наружу из-за своей инерции.Однако в каждом из этих случаев применяется только одна реальная сила, а другая — только кажущаяся сила.

Лабораторные центрифуги быстро вращаются и воздействуют центростремительной силой на жидкости, такие как кровь, которые затем разделяются в зависимости от их плотности. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Примеры центростремительной силы в действии

Центростремительная сила используется во многих приложениях. Один из них — моделировать ускорение космического запуска для обучения космонавтов.Когда ракета запускается впервые, она настолько загружена горючим и окислителем, что едва может двигаться. Однако по мере подъема он сжигает топливо с огромной скоростью, постоянно теряя массу. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.

В большинстве случаев масса остается постоянной. Однако у ракеты ее масса резко меняется, в то время как сила, в данном случае тяга ракетных двигателей, остается почти постоянной. Это приводит к тому, что к концу фазы наддува ускорение увеличивается в несколько раз по сравнению с ускорением нормальной силы тяжести.НАСА использует большие центрифуги, чтобы подготовить космонавтов к этому экстремальному ускорению. В этом случае центростремительная сила обеспечивается за счет того, что спинка сиденья толкает космонавта внутрь.

Другой пример приложения центростремительной силы — лабораторная центрифуга, которая используется для ускорения осаждения частиц, взвешенных в жидкости. Одним из распространенных способов использования этой технологии является подготовка образцов крови для анализа. Согласно веб-сайту Experimental Biosciences Университета Райса: «Уникальная структура крови позволяет очень легко отделить эритроциты от плазмы и других форменных элементов с помощью дифференциального центрифугирования.»

Под действием нормальной силы тяжести тепловое движение вызывает непрерывное перемешивание, которое предотвращает осаждение клеток крови из образца цельной крови. Однако обычная центрифуга может развивать ускорение, в 600–2000 раз превышающее ускорение нормальной силы тяжести. Это заставляет тяжелые эритроциты оседают на дне и расслаивают различные компоненты раствора на слои в соответствии с их плотностью.

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​10 мая 2019 года участником Live Science, Дженнифер Леман .

сил и моментов реакции для различных опор (или ограничений) Один неизвестный. Реакция — это сила натяжения, действующая от элемента в направлении кабеля; Реакция — это сила, действующая перпендикулярно поверхности в точке контакта. Три неизвестных. Реакции — это момент и две составляющие сил или момент, а также величина и направление равнодействующей силы. Рисунок A. Рисунок B. Шар с двумя тросами Бесм с подвешенным шаром Vm 6см Кабель Диаграммы свободного тела На отдельном листе бумаги; нарисуйте схему тела (рис. A и рис. B, включенную в ваш FBD).правильно обозначенные внешние силы и / или моменты, силы реакции и / или моменты, а также ваш (диапазон ссылок НЕ РЕШИТЬ ДЛЯ РЕАКТИВНЫХ СИЛ ЗАДАЧА 2. Силы реагирования. Из Задачи 1, Рисунок B_ решите для реактивных сил (факс и факс) и момента (Ma) в точке A. Предположим, что вес шара составляет 1OOON, а сила реакции в B (Fby) 468N на ролике. Используйте тот же лист бумаги, что и для Задания 1. укажите свои решения Задачи и Задачи 2, указав свое имя и номер команды вверху страницы L Нет необходимости использовать метод представления проблемы

Миннесотский университет — Дулут

Эвакуатор тянет застрявший в грязи автомобиль с силой $ 2500 \ mathrm {N} $, как показано на рис.P5.27. Буксирный трос находится под натяжением и поэтому тянется вниз и влево за штифт на его верхнем конце. Световой стержень удерживается в равновесии силами двух стержней $ \ mathrm {A} $ и $ \ mathrm {B} $. Каждая штанга представляет собой распорку: то есть каждая штанга представляет собой штангу, вес которой мал по сравнению с усилиями, которые она прилагает, и которая передает усилия только через шарнирные штифты на ее концах. На каждую стойку действует сила, направленная параллельно ее длине. Определите силу растяжения или сжатия в каждой стойке. Действуйте следующим образом: Угадайте, каким образом (толкающим или тянущим) каждая сила действует на верхний штифт.Нарисуйте схему свободного тела булавки. Используйте условие равновесия штифта, чтобы преобразовать диаграмму свободного тела в уравнения. Из уравнений вычислите силы, действующие на стойки $ A $ и $ B $. Если вы получили положительный ответ, вы правильно угадали направление силы. Отрицательный ответ означает, что направление должно быть изменено на противоположное, но абсолютное значение правильно дает величину силы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

[an error occurred while processing the directive]