Tekintsük egy gyorsuló motorkerékpár esetét: a motor átalakítja a potenciális energiát mechanikai energiává, amelyet Newton harmadik törvényerő-párjának előállítására használnak a hátsó gumiabroncson “érintkezési tapasz, az érintkezési tapaszról az ordításra kifejtett visszafelé ható erő, amely az út által az érintkezési tapaszra kifejtett előre ható erővel együtt létezik. A dolgok egyszerűsítése érdekében tegyük fel, hogy nincs veszteség a folyamatban, nincs húzás, nincs gördülési ellenállás stb., így a PE (az üzemanyag / akkumulátor kémiai potenciális energiája) bármilyen csökkenése a KE (kinetikus energia) növekedésével végződik.
Az “absztrakt” objektum ebben az esetben a kontakt Bár a gumiabroncs felülete és az út között nincs relatív mozgás az érintkezési foltnál (statikus súrlódás), maga az érintkezési folt ugyanolyan sebességgel mozog, mint a motorkerékpár (figyelmen kívül hagyva a terheléssel kapcsolatos deformációkat). Ezt könnyebben meg lehet jeleníteni, ha a kontakt javítás területének középpontját a az érintkező tapasz pillanatnyi helyzete.
Az út nem tud energiát előállítani, de az útnak az érintkezési tapaszra kifejtett erőhatásának pontja ugyanolyan sebességgel mozog, mint a motorkerékpár. Tehát az erő úgy határozható meg, hogy az út által kifejtett erő szorozza az erő hatáspontjának, az érintkezési foltnak a sebességét, amely megegyezik a motorkerékpár sebességével (sík utat feltételezve).
Az út szintén nem képes elvégezni a munkát, de az erő integrált összege (az érintkező tapasz helyzetének függvényében) és az érintkező tapasz elmozdulásának távolsága, felhasználható a motorból származó “elvégzett munka” kiszámításához.
Átgondoltam ezt. Erő = a motorkerékpárra kifejtett erő · motorkerékpár sebessége. Az a tény, hogy az út nem mozog, nem befolyásolja az út azon képességét, hogy erőt gyakoroljon a mozgó motorkerékpárra. , mert az erőt a gumiabroncs érintkezési foltjára gyakorolja, ahol a futófelület nem az úthoz képest mozog, hanem a motorkerékpár sebességének negatívjával mozog a motorkerékpárhoz képest. A gördülő mozgás és a nyomaték miatt a motortól a motorkerékpár gumiabroncsa és kereke továbbítja az erõt az útról a hátsó részre el tengely ugyanolyan erővel az úttól és a motorkerékpár sebességével. Az út annak az erőátviteli sorozatnak tekinthető, amely a motor erejét használja a motorkerékpár felgyorsítására.
Ebben az esetben az érintkező tapasz sebessége megegyezik a motorkerékpár sebességével, de vegyük figyelembe, hogy egy dobot szögelesen gyorsít egy forgó gumiabroncs, ebben az esetben az érintkező tapasz nem mozog, de a dob felülete mozog. A dobot ki lehet cserélni egy kábellel, amely két orsó között hurkol, így a a kábel az érintkezési ponton lineáris. Ebben az esetben az érintkező tapasz nem mozog, és a teljesítmény = a kábelre gyakorolt erő · a kábel sebessége.
Az a tény, hogy a gumiabroncs felülete nem mozog a az út az érintkezési pontnál az oka annak, hogy egy nem mozgó út erőt tud gyakorolni a mozgó motorkerékpárra.
Tehát amit absztrakt objektumnak nevezek, az csak egy mód arra, hogy utaljak valamire, ami mozog ugyanolyan sebességgel, mint az a tárgy, amelyre az erőt alkalmazzák, és arra tettem kísérletemet, hogy a szereplőkkel foglalkozzak A motorkerékpár esetében a hátsó gumiabroncs mozgása.
Az erőfeszítési pontnak az érintkezési pontnál van következménye, például egy kerék, ha a gyorsulás elegendő.
Szigorú fizika szempontjából a gumiabroncs és az út közötti határfelület a szögteljesítményt (a nyomaték és a szögsebesség szorzata) lineáris erővé (erő x lineáris sebesség) alakítja át, így nem végeznek nettó munkát. Azonban bevett gyakorlat kijelenteni, hogy mi a motorkerékpár hátsó kerék lóereje, és ez kiszámítható az erő és a sebesség szorzataként. Ezt alvázdinamométerrel lehet megtenni, de a nyomatékérzékelőkön (tranducereken) keresztül is meg lehet határozni az erőt, lehetővé téve a hátsó kerék lóerejének valós idejű meghatározását menet közben, és néhány versenyző megvásárolja a nyomatékérzékelőket és az adatok rögzítését magában foglaló felszerelést. (versenyző) versenypályájukra.
Megjegyzések
- A gumiabroncsok áramellátása történik, és az abroncsok súrlódása az úton érvényes. áram az autó. Vigyázzon, hogy melyik objektumot választja ki a teljesítményegyenletek használatakor.
- biztos benne, hogy az érintkezési javítás az úthoz képest mozog? sebessége a gumiabroncs alján nulla, a tetején pedig a sebesség kétszerese
- Mit értesz ” alatt úgy, hogy a PE (potenciális) csökkenése energia) végül a KE (kinetikus energia) növekedése “. A motorkerékpárod lefut egy dombról, vagy valami hasonló?Ha egy sík felületen fut, akkor a potenciális energiában nincs változás, akkor mi ‘ van? Az üzemanyag kémiai potenciális energiájáról beszél?
- @Wolphramjonny – Ez eltér a gumiabroncs legkülső részének egy pontjától, amely cikloid mintázatban mozog.
m a ” contact patch ” kifejezést használva a gumidinamikusok által használt , az érintkezési folt mozog a járművel, és a futófelület és az út is ” átfolyik ” az érintkezési folton.
Válasz
A kerékre alkalmazott nyomaték a motor által okozott okok hátrafelé irányuló erőt okoznak az útfelületen. Newton harmadik törvénye szerint a közúti visszafelé ható erő egyenlő erőt okoz az út előtt a gumiabroncson, azon a helyen, amelyet “kontaktfoltnak” nevez. Ez az előre ható erő a gumiabroncs és a gumiabroncs közötti statikus súrlódásnak köszönhető. út. Ez mindaddig egyenlő lesz a hátralévő erővel, amíg a $ μ_ {s} N $ maximális statikus súrlódási erejét nem lépik túl, ebben az esetben a gumiabroncs csúszás. A maximális statikus súrlódási erő esetén a $ μ_s $ a gumiabroncs és az út és a $ N közötti statikus súrlódási együttható. A $ az a normál erő, amely a meghajtott kerékre hat, mivel a motorkerékpárok súlya a meghajtott kerékre hat.
Feltételezve, hogy nincs vonóerő, gördülési ellenállás vagy egyéb külső (az autó számára) ) erők hatnak a motorkerékpárra, akkor a statikus súrlódási erő az egyetlen külső erő, amely a motorkerékpárra hat, ezért közvetlenül felelős a hajtásért előre. Az út valójában munkát végez az autóval, hogy előrelendítse azt.
Ezt a tényt kissé nehéz megérteni, mert az út nyilvánvalóan nem energiaforrás. A forrás az a motor, amely az úton hátrameneti erőt hoz létre, amely viszont létrehozza a munka elvégzéséért felelős statikus súrlódási erőt. Tehát az energia az erőátviteli rendszerből származik, amely az energiát a forrásból (a motor üzemanyagából) az autóba továbbítja egy sor kölcsönhatás révén, amely végül az autóra ható út statikus súrlódási erejévé válik.
Remélem, hogy ez segít.
Megjegyzések
- Újra gondolkodási szakaszt adtam a kérdésemhez. Az út nem ‘ nem mozog, de ‘ a gördülő mozgás miatt képes erőt kifejteni egy mozgó motorkerékpáron (statikus súrlódás) ).
- Szerintem jó módja annak, hogy megfogalmazzuk, hogy az út az autó erő átviteli rendszerének része, annak ellenére, hogy nincs áram ténylegesen az út biztosítja; ahogyan az autóban lévő sebességváltó elemek sem biztosítanak áramot; csak elősegítik a rendszeren keresztül az erő átadását (továbbítását) oda, ahova valójában szeretnénk
- @JMac Tetszik a javaslat, amelyet kicsit módosítottam. Nézze meg az átdolgozásomat.
- Ez a válasz nem helyes. Az autó energiája nem növekszik, ezért az autóban nem végeznek munkát. A munka energiaátadás, energiát nem ad át, ezért nem végez munkát.
- @Dale Az OP által hivatkozott PE a motor üzemanyagának kémiai potenciális energiája. Ez nem mechanikus PE (pl. Gravitációs PE), ezért a mechanikai energia megőrzése, a PE + KE itt nem érvényes. A motorkerékpár felgyorsul. KE-t nyer. A munka kész. Az egyetlen külső erő, amely a ciklusra hat előre, a ciklus gyorsulását okozza, a statikus súrlódási erő. Megcsinálja a munkát. Az energia végül az üzemanyagból származik. Nem látok semmi olyat, amit az OP kijelentett volna, hogy a motorkerékpár energiája nem változik ‘. Megjegyzés: olvassa el az OP szerkesztését a helyzet újragondolásáról.
Válasz
A teljesítmény meghatározása a következő: hogy melyik munkát végezzük, vagy milyen sebességgel megy át az energia egyik helyről a másikra, vagy átalakul egyik típusból a másikba. https://physics.info/power/
„a munka sebességét” a
Ugyanakkor éppen erről a kérdésről van szó.A teljesítmény kiszámításához szükséges helyes sebesség megegyezik-e az anyag sebességével az érintkezési foltnál, vagy megegyezik-e az érintkezési tapasz sebességével? Ezért ennek megoldása érdekében megnézzük a definíció többi részét, hogy a $ \ vec v $ egyik értelmezése jobban megfelel-e a meghatározás többi részének, mint a másik.
„az energia egyik helyről a másikra történő átvitelének sebessége”. Az energiamegtakarítás miatt, ha az energiát a kontaktfoltnál továbbítanák, akkor az autó energiája megváltozik. Mivel az autó energiája nem változik, egyértelmű, hogy az energia átviteli sebessége az érintkező tapaszon nulla. Tehát a meghatározás ezen részénél a teljesítmény nulla. Ez összhangban áll azzal, hogy a $ \ vec v $ az anyag sebességét képviseli az érintkezési foltnál, de nincs összhangban a $ \ vec v $ , amely az érintkező tapasz sebességét jelöli.
Léteznek olyan passzív eszközök, amelyek egyik helyről a másikra továbbítják az energiát, például tengelyek, kötelek, fogaskerekek és karok. Mindazonáltal minden ilyen eszközben van egy olyan hely az eszközön, ahol pozitív $ P $ történik, és egy másik, ahol (ideális esetben) egyenlő mennyiségű negatív $ P $ elkészült. Ez nem fordul elő a contact javításnál.
„vagy egyik típusból a másikba átalakítva”. Egy tipikus kontaktfoltnál az energia csak a mechanikai energiából a hőenergiába alakul át. Feltételezve, hogy ebben az esetben nulla. Ebben a problémában az egyetlen energiaátalakítás a motorban történik, ahol az energia potenciálból mechanikává alakul. Ezért van értelme a motor teljes teljesítményének állandósága ellenére beszélni a motor teljesítményéről. De az érintkező tapasznál minden energia mechanikus és mechanikus marad. Tehát a meghatározásnak ez a része összhangban van a $ \ vec v $ anyaggal is, amely az érintkezési patch-nél az anyag sebességét képviseli, de nincs összhangban a $ \ vec v $ , amely az érintkezõ tapasz sebességét képviseli.
Ezért a hatalom meghatározásának mindkét másik része azt jelzi, hogy az érintkezõ patch által nyújtott teljesítmény nulla . Ez megfelel annak a meghatározásnak, hogy a $ \ vec v $ az anyag sebessége az érintkezési foltnál.
Ez a kérdés azért csal annyi embert, mert az útról érkező erő megváltoztatja a motorkerékpár lendületét. Fontos azonban tudni, hogy a lendület és az energia különálló fogalmak. Kapcsolódnak, de nem ugyanazok. Az erő a lendület változásának sebessége, nem pedig az energia változásának sebessége. Ezért lehetséges, hogy egy erő megváltoztassa a tárgy lendületét anélkül, hogy megváltoztatná az energiáját. Ez az egyik példa, bár sok más hasonló példa is létezik.
Végül a $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ erő által átadott mechanikai teljesítményt mindig a az anyag, ahol az erőt kifejtik, ami a motorkerékpár példájánál nulla.
Megjegyzések
- Ne feledje, hogy a kérdésemet kiegészítettem különálló szakasszal, hogy megjegyezzem a ” contact patch ” mivel két objektum közötti interfészre vonatkozik, és a ” kapcsolat javításra ” mozoghat, vagy nem. Egy ” kontaktusfolt ” csak akkor rendelkezik sebességgel, ha az általa hivatkozott gumiabroncsnak is van sebessége, tehát helyzetfügg. >
- Ugyanezen logika szerint nem végeznek munkát sem $ W = \ vec F \ cdot \ vec s $? Ha nem végeznek munkát, akkor mi felelős a KE motorkerékpárok gyorsulásáért (nulla veszteség esetén a PE + KE = konstans, tehát a PE csökkenésével párosul a KE növekedése: ΔPE + ΔKE = 0)?
- Az érintkező tapasz sebessége nem releváns, csak az anyag sebessége számít a kontakt tapasznál. Mivel $ W = \ int P \ dt $, ha $ P = 0 $, akkor $ W = 0 $. Részletekért lásd: physicsforums.com/threads/…
- @Dale tetszik az érvelése , de érdekesnek találja, hogy az autó KE nyeresége biztosan $ kiszámítható a $ $$ \ Delta E_k = \ text {frictional force} \ times \ text {contact patch által mozgatott távolság} alapján, más szavakkal $$ amit álműnek lehetne nevezni.
- @Dale Azt állítom, hogy az energia a rendszerhatáron kívül tükröződik, ami közvetlen interakció vele. Az út nem ‘ nem változtatja meg a kocsi nettó energiáját, de közvetlenül megkönnyíti az energiaátadást a kerekek forgásától az autó lineáris mozgási energiájáig.