Tarkasteltaessa kiihdyttävän moottoripyörän tapausta, moottori muuntaa potentiaalienergian mekaaniseksi energiaksi, jota käytetään tuottamaan Newtonin kolmannen lain voimapari takarenkaassa ”kosketuslaastari, taaksepäin suuntautuva voima, joka kohdistuu kosketuslaastarista mölyyn, esiintyy samanaikaisesti tien kohdistaman eteenpäin suuntautuvan voiman kanssa kosketuslaastariin. Asioiden yksinkertaistamiseksi oletetaan, että prosessissa ei ole menetyksiä, ei vetoa, ei vierintävastusta jne., niin että PE-arvon (polttoaineen / akun kemiallinen potentiaalienergia) väheneminen pääsee KE: n (kineettisen energian) kasvuksi.
”Abstrakti” esine on tässä tapauksessa kontakti Vaikka renkaan pinnan ja tien välillä ei ole suhteellista liikettä kosketuslaastarilla (staattinen kitka), kosketuspelti itse liikkuu samalla nopeudella kuin moottoripyörä (jättämättä huomiotta kuormaan liittyviä muodonmuutoksia). Tämä on helpompi visualisoida, jos käytät kosketuslaastarin alueen keskiosaa kosketuslaastarin hetkellinen sijainti.
Tie ei voi tuottaa virtaa, mutta tien kosketuslaastariin kohdistaman voiman kohdistuskohta liikkuu samalla nopeudella kuin moottoripyörä. Joten voima voidaan ilmaista tien kohdistamana voimana, joka kertoo kyseisen voiman käyttökohdan, kosketuslaastarin, nopeuden, joka on sama kuin moottoripyörän nopeus (olettaen tasaisen tien).
Tie ei myöskään voi suorittaa työtä, mutta integraalista voiman summaa (suhteessa kosketuslaastarin sijaintiin) kertaa etäisyyttä, jonka kosketuslaastari liikkuu, voitiin käyttää laskemaan moottorista peräisin oleva ”työ”.
Ajattelin tätä uudelleen. Teho = moottoripyörälle kohdistettu voima · moottoripyörän nopeus. Se, että tie ei liiku, ei vaikuta tien kykyyn vaikuttaa voimaan liikkuvaan moottoripyörään , koska se kohdistaa voiman renkaan kosketuskohtaan, jossa kulutuspinta ei liiku tien suhteen, mutta liikkuu moottoripyörien nopeuden negatiivisena moottoripyörään nähden. Vierintäliikkeen ja vääntömomentin vuoksi moottorista moottoripyörän rengas ja pyörä välittävät voiman tieltä takaosaan el-akselilla samalla voimalla tieltä ja moottoripyörän nopeudella. Tietä voidaan pitää osana voimansiirtosarjaa, joka käyttää moottorin voimaa moottoripyörän kiihdyttämiseen.
Tässä tapauksessa kosketuslaastarin nopeus on sama kuin moottoripyörän nopeus, mutta pidä rumpua, jonka pyörivä rengas kiihdyttää kulmassa, tässä tapauksessa kosketuslaastari ei liiku, mutta rummun pinta on. Rumpu voidaan korvata kaapelilla, joka silmukkaa kahden kelan välillä, niin että kiihtyvyys kaapeli kosketuspisteessä on lineaarinen. Tässä tapauksessa kosketuspelti ei liiku ja teho = kaapeliin kohdistuva voima · vaijerin nopeus.
Se, että renkaan pinta ei liiku suhteessa tie kontaktikohdassa on syy siihen, että liikkumaton tie voi kohdistaa voiman liikkuvaan moottoripyörään.
Joten mitä kutsun abstraktiksi esineeksi, on vain tapa viitata johonkin liikkuvaan samalla nopeudella kuin esine, johon voimaa kohdistetaan, ja yritin käsitellä roolia moottoripyörän takarenkaan liike.
Voiman kohdistumispisteellä, joka on kosketuslaastarilla, on seurauksia, kuten esimerkiksi pyörä, jos kiihtyvyys on riittävä.
Tiukasta fysiikan näkökulmasta renkaan ja tien välinen rajapinta muuntaa kulmatehon (vääntömomentti kertaa kulmanopeus) lineaariseksi tehoksi (voima x lineaarinen nopeus), joten nettotyötä ei tehdä. On kuitenkin yleistä käytäntöä sanoa, mikä takapyörän hevosvoima on moottoripyörälle, ja tämä voidaan laskea voiman ja nopeuden välillä. Tämä voidaan tehdä alustadynamometrillä, mutta on myös mahdollista määrittää voima vääntömomenttiantureiden (trandukoiden) avulla, jolloin takapyörän hevosvoima voidaan määrittää reaaliajassa ajon aikana, ja jotkut ratsastajat ostavat laitteet, jotka sisältävät vääntömomentit ja tietojen tallennuksen heidän (kilpa-) maastopyörilleen.
Kommentit
- Renkaisiin kohdistetaan voimaa, ja renkaiden kitka tiellä pätee tähän virtaa autoon. Ole varovainen, minkä objektin valitset, kun käytät tehoyhtälöitä.
- oletko varma, että kosketuslaastari liikkuu tien suhteen? sen nopeus on nolla renkaan alaosassa ja kaksinkertainen nopeus yläosassa
- Mitä tarkoitat ” -merkinnällä niin, että mahdollinen PE-arvon väheneminen (potentiaalinen energia) päätyy KE: n (kineettisen energian) kasvuksi ”. Onko moottoripyöränne mäkeä alaspäin?Jos se käy tasaisella pinnalla, potentiaalienergiassa ei ole muutoksia, joten mitä ’ s tapahtuu? Puhutko polttoaineen kemiallisesta potentiaalienergiasta?
- @Wolphramjonny – Tämä eroaa renkaan ulomman osan pisteestä, joka liikkuu sykloidikuviona. I ’ m käyttämällä termiä ” kontaktipaikka ” kuten rengasdynamiikka käyttää , kontaktipaikka liikkuu ajoneuvon mukana, ja sekä kulutuspinta että tie ” virtaavat ” kosketuslaastarin läpi.
- @BobD – moottori imee potentiaalienergiaa kuluttamastaan polttoaineesta tai jos se on ’ sähkömoottoripyörä, moottori ottaa potentiaalista energiaa akusta. Tarkoituksena ei ole tappioita, PE + KE = vakio.
Vastaus
Pyörään kohdistettu vääntömomentti moottorin aiheuttamat taaksepäin kohdistuvat voimat tien pinnalle. Newtonin kolmannen lain mukaan tien taaksepäin suuntautuva voima aiheuttaa saman verran voimaa, joka vaikuttaa eteenpäin renkaaseen tien varrella paikassa, jota kutsutaan ”kosketuslaastariksi”. Tämä eteenpäin vaikuttava voima johtuu renkaan ja renkaan staattisesta kitkasta. Se jatkaa taaksepäin suuntautuvaa voimaa niin kauan kuin $ μ_ {s} N $ staattista kitkavoimaa ei ylitetä, jolloin rengas Suurin staattinen kitkavoima $ μ_s $ on renkaan ja tien sekä $ N staattisen kitkakerroin. $ on vetopyörään kohdistuva normaali voima, joka johtuu moottoripyörien painosta, joka vaikuttaa vetävään pyörään.
Olettaen, ettei vetoa, vierintävastusta tai muuta ulkoista (auton vaikutusta) ) voimat vaikuttavat moottoripyörään, staattinen kitkavoima on ainoa moottoripyörään vaikuttava ulkoinen voima ja on siten suoraan vastuussa se eteenpäin. Tie on itse asiassa tekemässä työtä auton ajamiseksi eteenpäin.
Tätä tosiasiaa on jonkin verran vaikea ymmärtää, koska tie ei selvästikään ole energialähde. Lähde on moottori, joka luo taaksepäin suuntautuvan voiman, joka puolestaan luo eteenpäin suuntautuvan staattisen kitkavoiman, joka on vastuussa työn tekemisestä. Joten energia tulee voimansiirtojärjestelmästä, joka siirtää energiaa lähteestä (moottorin polttoaine) autoon vuorovaikutussarjan avulla, joka lopulta pääsee autoon vaikuttavan tien staattiseksi kitkavoimaksi.
Toivottavasti tämä auttaa.
Kommentit
- Lisäsin kysymykseeni uudelleentarkastelu-osan. Tie ei ’ ei liiku, mutta se ’ pystyy kohdistamaan voimaa liikkuvaan moottoripyörään liikkuvan liikkeen vuoksi (staattinen kitka ).
- Mielestäni hyvä tapa sanoa olisi, että tie on osa auton voimansiirto järjestelmää, vaikka voimaa ei ole tosiasiallisesti tie tarjoaa aivan kuten auton voimansiirtoelementit eivät tosiasiassa tarjoa virtaa; ne vain auttavat siirtämään (välittämään) virtaa järjestelmän läpi sinne, minne sitä todella haluamme.
- @JMac Pidän ehdotuksesta, jota on muutettu hieman. Katso versioni.
- Tämä vastaus ei ole oikea. Auton energia ei kasva, joten autossa ei tehdä mitään työtä. Työ on energiansiirtoa, energiaa ei siirretä, joten työtä ei tehdä.
- @Dale OP: n tarkoittama PE on moottorin polttoaineen kemiallinen potentiaalienergia. Se ei ole mekaaninen PE (esim. Gravitaatio-PE), joten mekaanisen energian säästö, PE + KE ei päde tähän. Moottoripyörä kiihtyy. Se saa KE: n. Työ on tehty. Ainoa ulkoinen voima, joka vaikuttaa sykliin eteenpäin, saa syklin kiihtymään, on staattinen kitkavoima. Se tekee työn. Energia tulee lopulta polttoaineesta. En näe mitään OP: n ilmoittamaa, että moottoripyörän energia ei muutu. Huomaa: katso OP-muokkaus tilanteen uudelleen ajattelemisesta.
Vastaus
Teho määritellään seuraavasti: mikä työ tehdään tai nopeus, jolla energia siirtyy paikasta toiseen tai muuttuu tyypistä toiseen. https://physics.info/power/
”työn suorittamisen nopeus” annetaan kaavalla $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ missä $ \ vec v $ on materiaalia voiman kohdistuskohdassa. Häviöttömän moottoripyörän esimerkissä voiman kohdistuskohta on renkaan pohja, jolla on $ \ vec v = 0 $ .
Kyseessä on kuitenkin juuri tämä kohta.Onko oikea nopeus tehon laskemiseksi yhtä suuri kuin materiaalin nopeus kosketuslaastarilla vai onko se sama kuin kosketuslaastarin nopeus? Siksi ratkaistaksemme tämän tarkastelemme määritelmän muita osia nähdäkseen, onko $ \ vec v $ : n yksi tulkinta yhdenmukaisempi määritelmän lopun kanssa kuin toinen.
”nopeus, jolla energia siirtyy paikasta toiseen”. Energian säästämisen takia, jos energiaa siirrettäisiin kosketuspisteessä, auton energia muuttuisi. Koska auton energia ei muutu, on selvää, että nopeus, jolla energia siirtyy kosketuslaastarin yli, on nolla. Joten tässä määritelmän osassa teho on nolla. Tämä on yhdenmukaista sen kanssa, että $ \ vec v $ edustaa materiaalin nopeutta kosketuslaastarilla, mutta ei ole yhteensopiva $ \ vec kanssa v $ , joka edustaa kosketuslaastarin nopeutta.
On olemassa passiivisia laitteita, jotka välittävät voimaa paikasta toiseen, kuten akselit, köydet, hammaspyörät ja vivut. Kaikissa tällaisissa laitteissa laitteessa on kuitenkin yksi paikka, jossa tehdään positiivinen $ P $ ja toinen, jossa (ihannetapauksessa) yhtä suuri määrä negatiivista $ P $ on valmis. Näin ei ole kontaktipaikalla.
”tai muunnettu tyypistä toiseen”. Tyypillisessä kosketuslaastarissa energian ainoa muutos tapahtuu mekaanisesta energiasta lämpöenergiaan. Oletuksena tämä on nolla tässä tapauksessa. Tässä ongelmassa ainoa energian muutos tapahtuu moottorissa, jossa energia muuttuu potentiaalista mekaaniseksi. Siksi on järkevää puhua moottorin tehosta ajoneuvon kokonaisenergian pysyvyydestä huolimatta. Mutta kosketuslaastarilla mikä tahansa energia on mekaanista ja pysyy mekaanisena. Joten tämä määritelmän osa on myös yhdenmukainen $ \ vec v $ kanssa, joka edustaa materiaalin nopeutta kosketuslaastarilla, mutta ei ole yhteensopiva $ \ vec v $ , joka edustaa kosketuslaastarin nopeutta.
Siksi tehomääritelmän molemmat muut osat osoittavat, että kosketuslaastarin tuottama teho on nolla . Tämä vastaa määritelmää, jonka mukaan $ \ vec v $ on materiaalin nopeus kosketuslaastarilla.
Syy, miksi tämä kysymys huijaa niin monia ihmisiä, johtuu siitä, että tien voima muuttaa moottoripyörän vauhtia. On kuitenkin tärkeää tietää, että liikemäärä ja energia ovat erillisiä käsitteitä. Ne ovat sukulaisia, mutta eivät samat. Voima on vauhdin muutosnopeus, ei energian muutosnopeus. Siksi on mahdollista, että voima muuttaa kohteen liikemäärää muuttamatta sen energiaa. Tämä on yksi esimerkki, vaikka on olemassa monia muita vastaavia esimerkkejä.
Lopulta voiman $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ siirtämä mekaaninen teho lasketaan aina käyttämällä nopeutta materiaali, jossa voima kohdistetaan, mikä on nolla moottoripyörän esimerkissä.
kommentit
- Huomaa, että päivitin kysymykseni lisäämällä erillisen osion huomioidaksesi termin ” kontaktipaikka ”, koska se viittaa kahden objektin väliseen rajapintaan ja ” kontaktipaikka ” voi liikkua. ” kontaktipaikalla ” on nopeus vain, jos renkaaseen, johon se viittaa, on myös nopeus, joten se on tilanteesta riippuvainen.
- Eikö samaa työtä tehdä myöskään $ W = \ vec F \ cdot \ vec s $? Jos työtä ei tehdä, mikä on vastuussa moottorityyppien KE lisääntymisestä sen kiihtyessä (nollatappiotilanteessa PE + KE = vakio, joten PE: n laskuun liittyy KE: n kasvu: ΔPE + ΔKE = 0)?
- Kosketuslaastarin nopeudella ei ole merkitystä, sillä on merkitystä vain kosketuslaastarin materiaalin nopeudella. Koska $ W = \ int P \ dt $, jos $ P = 0 $, niin $ W = 0 $. Lisätietoja on kohdassa physicsforums.com/threads/…
- @Dale Pidän argumenttisi , mutta mielestäni on mielenkiintoista, että auton KE: n voitto voidaan varmasti laskea $: sta $ $$ \ Delta E_k = \ text {kitkavoima} \ kertaa \ text {kontaktipaikan siirtämä etäisyys}, $$ toisin sanoen mitä voidaan kutsua pseudoteokseksi.
- @Dale väittäisin, että energia heijastuu järjestelmän rajan ulkopuolelle, mikä on suora vuorovaikutus sen kanssa. Tie ei ’ muuta auton nettoenergiaa, mutta se helpottaa suoraan energiansiirtoa pyörien pyörimisestä auton lineaariseen kineettiseen energiaan.