Upload
marin
View
85
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Samochodem przez fizykę - dynamiczny opis ruchu samochodu. SPIS TREŚCI. Jakie siły działają na stojący samochód - - Na poziomym podłożu. Obie siły równoważą się przez co ciało pozostaje w spoczynku. Siła Fs – siła sprężystości podłoża Fg -siła grawitacji Fg+Fs=O. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Samochodem przez fizykę -dynamiczny opis ruchu
samochodu
SPIS TREŚCI
1 Jakie siły
działają na stojący samochód
:
2 Dlaczego samochó
d przyspies
za:
3 Jakie siły
działają na
samochód podczas jazdy.
4 Jakie siły działają na człowieka
w samochodz
ie.
5.Wyjście.
Obie siły równoważą się przez co ciało pozostaje w spoczynku.
Siła Fs – siła sprężystości podłoża
Fg -siła grawitacji
Fg+Fs=O
Jakie siły działają na stojący samochód -
- Na poziomym podłożu
Siła grawitacji – jest to skierowana ku środkowi ziemi siła, z jaką ziemia przyciąga wszystkie obiekty (martwe i żywe). Siła ta jest wprost proporcjonalna do masy ciała:
Współczynnik proporcjonalności g zależy w niewielkim stopniu od szerokości geograficznej ; w Polsce równy jest:
Pochodzenie siły nacisku podłoża na spoczywający na nim obiekt jest takie samo, jak pochodzenie siły, z jaką sprężyna przeciwstawia się zmianom swego kształtu – stąd nazwa siła sprężystości podłoża. W odróżnieniu od sprężyny, której odkształcenie łatwo zauważyć, odkształcenie podłoża jest zwykle znikomo małe, niewidoczne gołym okiem, o tym, że siła nacisku podłoża działa na koło, świadczy wyraźne odkształcenie opony.
Samochód na stromym podłoży (równia pochyla)
Samochód na stromym podłoży (równia pochyła)
Podczas ruchu ciała po równi pochyłej siła wykonuje pracę na drodze L. Pracę tę oblicza się ze wzoru:
Gdy to samo ciało podnosisz na tę samą wysokość (h) pionowo do góry, tzw. bez użycia równi, wykonaną pracę oblicza się następująco:
Z zasady zachowania energii wynika, że obie wykonane prace są sobie równe, więc:
Równanie to można zapisać w postaci
Z powyższej równości wynika, że
Wartości siły, którą należy działać, przesuwając ciało na równi pochyłej, jest tyle razy mniejsza od wartości jego ciężaru, ile razy wysokość równi jest mniejsza od jej długości.
Samochód na stromym podłoży (równia pochyła)Watość składowej prostopadłej obliczmy ze wzoru:
Gdy samochód stoi to siła F musi być zrównoważona. Tę siłę działającą zawsze stycznie do podłoża i przeciwdziałająca względem ruchowi stykających się powierzchni nazywamy siłą tarcia spoczynkowego (na rysunku F1)Nasuwa się pytanie, jaką rolę w tym, że samochód stoi odgrywa hamulec samochodu? Oczywiście zapobiega obracaniu się kół. Unieruchomienie kół względem karoserii zawdzięczamy także sile tarcia spoczynkowego między klockami hamulcowymi a tarczą hamulca tarczowego (lub między okładzinami szczęk hamulcowych a bębnem hamulca bębnowego)
Tabela typowych współczynników tarcia spoczynkowego
Rodzaj powierzchni
Wartość współczynnika
Stal po stali 0,15
Stal po drewnie 0,5
Stal po lodzie 0,027
Opona po suchej
betonowej szosie
1,0 wartość zależna
od rodzajui stanu bieżnika
i ciśnienia w oponie
Opona po mokrej
betonowej szosie
0,5
Doświadczenie dowodzi, że wartość siły tarcia spoczynkowego nie może przekroczyć pewnej wartości , granicznej F1 max , która jest wprost proporcjonalna do siły nacisku
Współczynnik proporcjonalności fs zależy od rodzaju stykających się powierzchni, od ich obróbki, wilgotności i zanieczyszczeń.
Dlaczego samochód przyspiesza
a) Newtonowskie zasady dynamiki
b) Zasady zachowania pędu
I-Zasada dynamiki
Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
II-Zasada dynamikiJeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.
PrzyspieszenieSiła
masa
Definicja jednostki siłyNiuton – jednostka siły w układzie SI (jednostka pochodna układu SI), oznaczana N.1 N to siła, z jaką trzeba działać na ciało o masie 1 kg, aby nadać mu przyspieszenie równe 1 m/s² 1N = 1kg *
Obliczenia:
Odpowiedź: Samochodzik porusza się z przyspieszeniem równym 13,333… .
Zastosowania II-Zasada dynamiki
Można obliczyć przyspieszenia autaZ jakim przyspieszeniem porusza się samochodzik o masie 150g, na który działa stała siła 2N?Dane:m= 150g= 0,15kgF= 2Na= ?Należy skorzystać ze wzoru:
III Zasada dynamikiOddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).
Zasada zachowania pędu
Pęd w mechanice – wielkość fizyczna opisująca ruch obiektu fizycznego. Pęd mogą mieć wszystkie formy materii, np. ciała o niezerowej masie spoczynkowej, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne.
p – Pędm – Masa ciała
v - Prędkość ciała
Pęd ciała to wektor równyiloczynowi masy prędkości ciała
Pęd całkowity układu ciał, na który nie działają siły zewnętrzne, jest stały, niezależny od zjawisk zachodzących wewnątrz tego układu.
Jest to jedno z najważniejszych praw fizyki zwane zasada zachowania pędu.Prawo to ma bardzo szerokie zastosowanie : służy do analizy skutków zderzeń, zarówno samochodów i kul bilardowych oraz atomów i cząsteczek elementarnych. Wyjaśnia także istotę napędu rakiet i samolotów odrzutowych.
Zmiana pędu jest proporconalna do przyłożenia siły, czasu jej działania
_
Jakie siły działają na samochód podczas jazdy?
Dopóki nie wynaleziono koła, głównym
hamulcem ruchu były siły tarcia:
spoczynkowego i poślizgwego.
Siła tarcia poślizgowego pojawia się przy ruchu względnym stykających się powierzchni i znika z
chwilą ustania ruchu. Tarcie poślizgowe jest
podstawą działania hamulców pojazdów
kołowych.
Na ciało przesuwające się ruchem
postępowym po podłożu działa siła tarcia
poślizgowego styczna do ślizgającej się
powierzchni i o zwrocie przeciwnym do zwrotu
prędkości ciała względem podłoża.
Ciekawostka
W przypadku koła samochodowego toczącego się po asfalcie
współczynnik f bardzo silnie maleje ze wzrostem ciśnienia w
oponach. Wielu kierowców zapomina o tym, że tarcie toczne zależy od stanu napompowania opon i jeżdżąc na zbyt miękkich oponach dziwi się nadmiernemu zużyciu paliwa w samochodzie.
Siła tarcia Zależy od: Chropowatości podłoża
Prędkości pojazduSiły nacisku FN
FT = f * FN
F= Siła ciągu silnika
FT = Siła tarcia
f = współczynnik tarcia
Inne siły działające na samochód podczas jazdy
Siła oporu powietrza Tarcie toczne
Fop. =1/2 Cgv²Sg–gęstość powietrza g=1,3 kg/mv- prędkość względem ośrodka
S- powierzchnia przekroju ciała płaszczyzną prostopadłą do kierunku ruchu
C- aerodynamiczny współczynnik kształtu ok. 0,4
Ft - Siła tarcia tocznego
f–współczynnik tarcia tocznegor- promień koła
Przy dużych prędkościach samochodu najważniejszym oporem ruchu staje się opór powietrza. W zakresie prędkości typowych dla samochodów siła oporu
powietrza jest proporcjonalna do kwadratu prędkości ruchu ciała względem powietrza.
Zwiększając prędkość dwa razy, zwiększymy cztery razy siłę oporu.
Jaka siła sprawia, że samochód przyspiesza, rozpędza się, hamuje i zakręca
W przypadku samochodu jadącego bez poślizgu po poziomej szosie żadna z poznanych sił zewnętrznych działających na samochód w kierunku poziomym nie jest kontrolowana przez kierowcę: ani tarcie toczne, ani opór powietrza.
Jedyną siłą zewnętrzną, która może być odpowiedzialna za przyśpieszenia samochodu zamierzone przez kierowcę, jest siła tarcia spoczynkowego opon samochodu o podłoże.
Przy toczeniu koła bez poślizgu chwilowa prędkość względem podłoża tych punktów koła, które w danej dotykają podłoża, jest równa 0
Jaka siła sprawia, że samochód przyspiesza, rozpędza się, hamuje i zakręca
Względem samochodu punkty te poruszają się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu samochodu. Wartość ich prędkości względem samochodu jest równa wartości prędkości ruchu postępowego samochodu. W ciągu jednego pełnego obrotu koła oś obrotu przesuwa się w kierunku prostopadłym do niej o odległość równą obwodowi koła.
Każdej zmianie szybkości obrotu kół lub zmianie kierunku osi obrotu musi towarzyszyć odpowiednia zmiana wartości lub kierunku prędkości samochodu – inaczej nastąpi poślizg. Siłą zapobiegającą poślizgowi jest siła tarcia spoczynkowego. To ona rozpędza samochód, gdy kierowca ,,dodając gazu” chce zwiększyć obroty silnika i sprężonych z nim kół, to ona hamuje samochód, gdy kierowca zaczyna hamować obrót kół naciskając pedał hamulca, i to ona obraca samochód, gdy kierowca kręcąc kierownicą zmienia kierunek osi obrotu przednich kół.
Tabele współczynników tarcia
Rodzaj powierzchni
Wartość
Twarde drewno po twardym drewnie
0,0005 m
Żelazo po żelazie lub stali
0,00005 m
Stalowe kulki w łożyskach
0,000005 m
Rodzaj powierzchni
trących
Wartość współczynnika
Stal po stali 0,09-0,03
Stal po stali ze smarem
0,0009
Stal po lodzie 0,014
Opona o suchy beton
0,7 (zmienne)
Tarcie poślizgowe Tarcie toczne
JAKIE SIŁY DZIAŁAJĄ NA CZŁOWIEKA W SAMOCHODZIE?
Dopóki samochód jedzie ze stałą prędkością po gładkiej szosie, odczucia
siedzącego w nim pasażera nie różnią się zbytnio od odczuć człowieka siedzącego w
domu w fotelu i oglądającego telewizję ponieważ obowiązuje zasada bezwładności.
Zasada bezwładności
Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły
się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku
lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Zasada bezwładności
Bezwładność przejawiana jest, np. podczas jazdy
samochodem. Z chwilą kiedy samochód
gwałtownie rusza nasze ciało pochyla się do tyłu, a kiedy ostro hamuje
poruszamy się do przodu ponieważ nasze ciało
zachowuje swój początkowy stan, a tylko nogi poruszają
się wraz z podłogą samochodu.
Masa ciała jest miarą jego bezwładności.
Zasada bezwładności
Bezwładność ciała polega na dążeniu tego ciała do
zachowania swego stanu ruchu. Jeżeli ciało spoczywa to chce spoczywać dalej, a jeżeli ciało porusza się to chce się poruszać dalej.
Jakie siły działają na człowieka w samochodzie?
Choć podczas przyspieszenia czy też hamowania zdaje się nam, że działa na nas jakaś siła, to mielibyśmy ogromne
trudności ze wskazaniem ciała, które tę siłę wywiera. Żadne ciało nie pcha nas
wstecz przy rozpędzaniu, a w przód przy hamowaniu.
Jakie siły działają na człowieka w samochodzie?
W rzeczywistości żadna siła nie wciska nas w oparcie fotela rozpędzającego się samochodu- to oparcie naciska
na nas siłą potrzebną do nadania nam przyspieszenia równego przyspieszeniu samochodu. Gdybyśmy stali na
wrotkach na platformie przyspieszającej ciężarówki, wówczas platforma wyjechałaby spod nas, a my
zachowalibyśmy swą poprzednią prędkość względem ziemi, spełniając zasadę bezwładności. Podobne są
przyczyny tego, że „coś pcha nas do przodu przy hamowaniu”, nic nas nie pcha na pasy bezpieczeństwa, to pasy naciskają na nas, aby nas zahamować. Pasy albo
siła tarcia spoczynkowego naszego ubrania o fotel samochodu zapobiegają utrzymywaniu przez nas stałej
prędkości.
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)
Z punktu widzenia obserwatora zewnętrznego samochodu fotel wywiera dodatkowy nacisk na pasażera, by nadać mu przyspieszenie. Zasada równej akcji
i reakcji (III zasada dynamiki) zapewnia, że i pasażer mocniej ciśnie na
fotel.
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym
(punkt widzenia pasażera)
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym
(punkt widzenia pasażera)
Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym
(punkt widzenia pasażera)
Z punktu widzenia obserwatora w samochodzie na pasażera działa siła bezwładności zwiększająca jego nacisk na oparcie fotela. Zasada równej akcji i
reakcji zapewnia, że i fotel zwiększa nacisk na pasażera.
WYKONAWCY:
Jędrzej ChwalińskiKamil GiżyńskiŁukasz KlimczykAdrian Szumiński
BIBLIOGRAFIA
1) Francuz-Ornat G., Kulawik T., Nowożytny-Różańska M.: Spotkania z fizyką. Podręcznik dla gimnazjum część 2, Nowa Era, Warszawa 2011
2) Internethttps://www.google.pl/imghp?hl=pl&tab=wi
http://www.google.pl/imgres?hl=pl&biw=1588&bih=864&gbv=2&tbm=isch&tbnid=Wsx7SeaV3wgZGM:&imgrefurl=http://www.tapeta-samochod-mercedes-rajdowy.na-pulpit.com/&docid=bQO48g130FEJ1M&imgurl=http://www.tapeta-samochod-mercedes-rajdowy.na-pulpit.com/zdjecia/samochod-mercedes-rajdowy.jpeg&w=1024&h=768&ei=0cKqT4P7ONTZ4QSi1vzqDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=1079&vpy=476&dur=1&hovh=194&hovw=259&tx=128&ty=104&sig=100657506257283870705&page=2&tbnh=155&tbnw=225&start=25&ndsp=30&ved=1t:429,r:16,s:25,i:226
http://www.google.pl/imgres?start=184&hl=pl&gbv=2&biw=1745&bih=889&tbm=isch&tbnid=O6WHGN5zbHoPtM:&imgrefurl=http://www.topcars.pl/Ford,Mustang,Shelby,GT500,z,1967,roku,piekny,i,wsciekly,klasyk,829.html&docid=ivW9jVEHVYMy_M&imgurl=http://www.topcars.pl/archiwum/amerykany/aktualnosci/shelby/shelby_gt500_67_protouring_style/THUMBS/THUMB_WIDE_1967_Mustang_Shelby_GT500_RestoMod_04.jpg&w=610&h=316&ei=U8WqT9b2HM_S4QS7o_2EBA&zoom=1&iact=rc&dur=459&sig=100657506257283870705&page=5&tbnh=90&tbnw=173&ndsp=49&ved=1t:429,r:30,s:184,i:69&tx=79&ty=51
3) Encyklopedia Fizyka