가속 오토바이의 경우 엔진이 위치 에너지를 기계 에너지로 변환하여 뒷 타이어에 뉴턴 3 법칙 힘 쌍을 생성하는 데 사용됩니다. “의 접촉 패치, 접촉 패치에서 포효에 가해지는 후방 힘은 도로에서 접촉 패치로 가해지는 전방 힘과 공존합니다. 일을 단순화하기 위해 프로세스에 손실이없고 항력도없고 회전 저항도 없다고 가정합니다. , 그래서 PE (연료 / 배터리의 화학적 위치 에너지)의 감소는 결국 KE (운동 에너지)의 증가로 끝납니다.
이 경우 “추상”개체는 접촉입니다. 타이어 표면과 접촉 패치 (정적 마찰)에서 도로 사이에 상대적인 움직임은 없지만 접촉 패치 자체는 모터 사이클과 동일한 속도로 움직이고 있습니다 (부하 관련 변형 무시). 접촉 패치 영역의 중심을 다음과 같이 사용하면 시각화하기가 더 쉽습니다. 접촉 패치의 순간 위치.
도로는 동력을 생성 할 수 없지만 도로가 접촉 패치에 가하는 힘의 적용 지점은 오토바이와 동일한 속도로 이동합니다. 따라서 힘은 도로에 의해 가해지는 힘과 그 힘이 적용되는 지점의 속도, 접촉 패치로 표현 될 수 있습니다. 이는 오토바이의 속도와 동일합니다 (평탄한 도로를 가정).
도로는 또한 작업을 수행 할 수 없지만 접촉 패치가 이동하는 거리에 힘의 적분 합계 (접촉 패치 위치 대)를 사용하여 엔진에서 발생한 “작업”을 계산할 수 있습니다.
전력 = 오토바이에 가해지는 힘 · 오토바이의 속도. 도로가 움직이지 않는다는 사실은 움직이는 오토바이에 힘을 가하는 도로의 능력에 영향을주지 않습니다. 왜냐하면 트레드가 도로에 대해 움직이지 않고 모터 사이클에 대해 모터 사이클 속도의 음수로 움직이는 타이어의 접촉 패치에 힘을 가하기 때문입니다. 롤링 모션과 토크로 인해 엔진에서 모터 사이클의 타이어와 휠은 도로에서 후방으로 힘을 전달합니다. 도로와 모터 사이클 속도에서 동일한 힘을 가진 el 축. 도로는 엔진의 동력을 사용하여 모터 사이클을 가속하는 동력 전달 시퀀스의 일부로 간주 될 수 있습니다.
이 경우 접촉 패치의 속도는 모터 사이클의 속도와 동일합니다. 그러나 회전하는 타이어에 의해 드럼이 각진 속도로 가속되는 것을 고려하십시오.이 경우 접촉 패치는 움직이지 않지만 드럼의 표면은 움직입니다. 드럼은 두 스풀 사이를 순환하는 케이블로 교체 할 수 있습니다. 이 경우 접점 패치가 움직이지 않고 파워 = 케이블에 가해지는 힘 · 케이블 속도
타이어 표면이 접촉 패치의 도로는 움직이지 않는 도로가 움직이는 오토바이에 힘을 가할 수있는 이유입니다.
그래서 제가 추상적 인 객체라고 부르는 것은 움직이는 것을 가리키는 방법 일뿐입니다. 힘이 가해지는 물체와 같은 속도로 롤리를 다루려는 시도였습니다. 모터 사이클의 경우 뒷 타이어의 움직임.
접촉 패치에 힘을 가하는 지점은 가속이 충분한 경우 휠리와 같은 결과를 초래합니다.
엄격한 물리적 관점에서 타이어와 도로 사이의 경계면은 각력 (토크 x 각속도)을 선형 출력 (힘 x 선형 속도)으로 변환하므로 네트워크 작업이 수행되지 않습니다. 그러나 모터 사이클의 뒷바퀴 마력이 무엇인지 밝히는 것이 일반적인 관행이며 이것은 힘과 속도로 계산할 수 있습니다. 이는 섀시 동력계를 사용하여 수행 할 수 있지만 토크 센서 (트랜 듀서)를 통해 힘을 확인할 수도있어 라이딩 중에 뒷바퀴 마력을 실시간으로 확인할 수 있으며 일부 라이더는 토크 센서 및 데이터 기록이 포함 된 장비를 구매합니다. (레이싱) 트랙 자전거를위한 것입니다.
댓글
- 타이어에 동력이 공급되고 도로에서 타이어의 마찰이 적용됩니다. 차에 힘. 멱 등식을 사용할 때 선택하는 물체에주의하십시오.
- 접촉 패치가 도로를 기준으로 움직이는 것이 확실합니까? 속도는 타이어 하단에서 0이고 상단에서 속도의 두 배입니다.
- "가 의미하는 바는 PE (잠재적 에너지)는 KE (운동 에너지)의 증가로 끝납니다 ". 오토바이가 언덕을 내려 가고 있습니까?평평한 표면에서 실행되는 경우 위치 에너지에 변화가 없습니다. 그러면 '가 어떻게 될까요? 연료의 화학적 위치 에너지에 대해 이야기하고 있습니까?
- @Wolphramjonny-이것은 사이클로이드 패턴으로 움직이는 타이어의 가장 바깥 쪽 부분에있는 지점과 다릅니다. 저는 ' 타이어 역학 관계자들이 사용하는 용어 " 접촉 패치 "를 사용합니다. , 접촉 패치는 차량과 함께 이동하고 접촉 패치를 통과하는 트레드와 도로 모두 " 흐름 "입니다.
- @BobD-엔진이 소비하는 연료에서 위치 에너지를 추출하거나, 전기 오토바이 인 경우 ' 엔진이 배터리에서 위치 에너지를 추출하고 있습니다. 손실이 없다는 것은 PE + KE = 일정 함을 의미합니다.
답변
휠에 적용되는 토크 엔진에 의해 노면에 후방 힘이 발생합니다. 뉴턴의 세 번째 법칙에 따르면 도로의 후 진력은 “접촉 패치”라고 부르는 위치에서 도로에 의해 타이어에 전진하는 동일한 힘을 발생시킵니다.이 전진 작용력은 타이어와 타이어 사이의 정적 마찰 때문입니다. $ μ_ {s} N $ 의 최대 정적 마찰력을 초과하지 않는 한 후 진력과 동일하게 유지됩니다.이 경우 타이어는 최대 정적 마찰력의 경우 $ μ_s $ 는 타이어와 도로 사이의 정적 마찰 계수이며 $ N $ 는 모터 사이클 무게가 드라이브 휠에 작용하는 부분으로 인해 드라이브 휠에 작용하는 수직 힘입니다.
항력, 회전 저항 또는 기타 외부 (차량)가 없다고 가정합니다. ) 모터 사이클에 힘이 작용하면 정적 마찰력이 모터 사이클에 작용하는 유일한 외력이므로 추진에 직접적으로 책임이 있습니다. 앞으로. 사실 도로는 차를 앞으로 나아 가기 위해 차에서 일하는 것입니다.
이 사실은 도로가 분명히 에너지 원이 아니기 때문에 이해하기 다소 어렵습니다. 소스는 도로에 후 진력을 생성하는 엔진이며, 이는 작업을 수행하는 역할을하는 전방 정적 마찰력을 생성합니다. 따라서 에너지는 일련의 상호 작용을 통해 에너지 원 (엔진의 연료)에서 자동차로 에너지를 전달하는 동력 전달 시스템에서 비롯되며 궁극적으로 자동차에 작용하는 도로의 정적 마찰력이됩니다.
도움이 되었기를 바랍니다.
댓글
- 질문에 재검토 섹션을 추가했습니다. 도로는 ' 움직이지 않지만 ' 회전 운동 (정적 마찰)으로 인해 움직이는 오토바이에 힘을 가할 수 있습니다. ).
- 나는 동력이 없더라도 도로가 자동차의 동력 전송 시스템의 일부라는 것을 표현하는 좋은 방법이라고 생각합니다. 실제로 도로에서 제공합니다. 마치 자동차의 변속기 요소가 실제로 전력을 제공하지 않는 것과 같습니다. 시스템을 통해 우리가 실제로 원하는 곳으로 전력을 이동 (전송)하는 데 도움이됩니다.
- @JMac 제안이 약간 수정 된 것이 좋습니다. 내 개정판을 참조하십시오.
- 정답이 아닙니다. 자동차의 에너지가 증가하지 않으므로 자동차에서 작업이 수행되지 않습니다. 작업은 에너지의 전달이며, 에너지가 전달되지 않으므로 작업이 수행되지 않습니다.
- @Dale OP가 참조하는 PE는 엔진 연료의 화학적 위치 에너지입니다. 기계적 PE (예 : Gravitational PE)가 아니므로 기계적 에너지 보존, PE + KE는 여기에 적용되지 않습니다. 오토바이가 가속됩니다. KE를 얻습니다. 작업이 완료되었습니다. 전진 방향으로 사이클에 작용하는 외력으로 인해 사이클이 가속되는 것은 정적 마찰력입니다. 그것은 일을합니다. 에너지는 궁극적으로 연료에서 나옵니다. OP에서 오토바이의 에너지가 변하지 않는다는 ' 표시된 내용이 없습니다. 참고 : 상황 재검토에 대한 OP 편집을 참조하십시오.
답변
파워는 다음과 같이 정의됩니다. 어떤 작업이 수행되는지 또는 에너지가 한 장소에서 다른 장소로 전달되거나 한 유형에서 다른 유형으로 변환되는 속도. https://physics.info/power/
“작업이 완료되는 속도”는 공식 $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ 여기서 $ \ vec v $ 는 힘의 적용 지점에서 재료. 무손실 오토바이의 예에서 힘의 적용 지점은 $ \ vec v = 0 $ 가있는 타이어의 바닥입니다.
그러나 문제가되는 것은 바로이 점입니다.힘을 계산하기위한 정확한 속도는 접촉 패치에서 재료의 속도와 같습니까 아니면 접촉 패치의 속도와 같습니까? 따라서이 문제를 해결하기 위해 정의의 다른 부분을 살펴보고 $ \ vec v $ 의 한 해석이 나머지 정의와 더 일치하는지 확인합니다. 다른 하나.
“에너지가 한 곳에서 다른 곳으로 전달되는 속도”. 에너지 보존으로 인해 접촉 패치에서 에너지가 전달되면 자동차의 에너지가 변경됩니다. 자동차의 에너지는 변하지 않기 때문에 접촉 패치를 통해 에너지가 전달되는 속도가 0이라는 것이 분명합니다. 따라서 정의의이 부분에 의해 검정력은 0입니다. 이것은 접촉 패치에서 재료의 속도를 나타내는 $ \ vec v $ 와 일치하지만 $ \ vec와는 일치하지 않습니다. v $ 는 접촉 패치의 속도를 나타냅니다.
축, 로프, 기어 및 레버와 같이 한 위치에서 다른 위치로 동력을 전달하는 수동 장치가 있습니다. 그러나 이러한 모든 장치에는 양수 $ P $ 가 수행되는 위치와 (이상적으로) 동일한 양의 음수 $ P $ 가 완료되었습니다. 이것은 접촉 패치의 경우가 아닙니다.
“또는 한 유형에서 다른 유형으로 변환”. 일반적인 접촉 패치에서 에너지의 유일한 변환은 기계적 에너지에서 열 에너지로의 변환입니다. 이 경우 0이라고 가정합니다. 이 문제에서 에너지의 유일한 변환은 에너지가 잠재력에서 기계로 변환되는 엔진에서 발생합니다. 따라서 차량의 총 에너지가 일정 함에도 불구하고 엔진의 힘에 대해 말하는 것이 합리적입니다. 그러나 접촉 패치에서 모든 에너지는 기계적이며 기계적 상태로 유지됩니다. 따라서 정의의이 부분은 접촉 패치에서 재료의 속도를 나타내는 $ \ vec v $ 와도 일치하지만 $ \ vec v $ 는 접촉 패치의 속도를 나타냅니다.
따라서 전력 정의의 다른 부분은 접촉 패치가 제공하는 전력이 0임을 나타냅니다. . 이것은 $ \ vec v $ 가 접촉 패치에서 재료의 속도라는 정의와 일치합니다.
이 질문이 많은 사람들을 속이는 이유는 도로의 힘이 오토바이의 추진력을 변화시키기 때문입니다. 그러나 운동량과 에너지는 별개의 개념이라는 것을 아는 것이 중요합니다. 서로 관련이 있지만 같지는 않습니다. 힘은 에너지 변화율이 아니라 운동량 변화율입니다. 따라서 힘이 물체의 에너지를 변경하지 않고 물체의 운동량을 변경할 수 있습니다. 다른 유사한 예가 많이 있지만 이것은 하나의 예입니다.
결국 힘 $ P = \ vec F \ cdot \ vec v $ 에 의해 전달되는 기계적 동력은 항상 다음의 속도를 사용하여 계산됩니다. 힘이 적용되는 재료로 모터 사이클 예제에서는 0입니다.
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- " contact patch " 두 개체 간의 인터페이스와 " 연락처 패치 "는 움직이거나 움직이지 않을 수 있습니다. " 접촉 패치 "는 참조하는 타이어에 속도가있는 경우에만 속도가 있으므로 상황에 따라 다릅니다.
- 동일한 논리로 $ W = \ vec F \ cdot \ vec s $ 어떤 작업도 수행되지 않습니까? 작업이 수행되지 않으면 가속 할 때 모터 사이클 KE의 증가에 대한 책임이 있습니다 (무손실 상황에서 PE + KE = 일정하므로 PE의 감소는 KE의 증가와 일치합니다 : ΔPE + ΔKE = 0)?
- 접촉 패치의 속도는 관련이 없으며 접촉 패치에서 재료의 속도 만 중요합니다. $ W = \ int P \ dt $부터 $ P = 0 $이면 $ W = 0 $. 자세한 내용은 physicsforums.com/threads/ …
- @Dale을 참조하세요. 그러나 자동차의 KE 이득은 $ $$ \ Delta E_k = \ text {마찰력} \ times \ text {접촉 패치에 의해 이동 된 거리}, $$에서 확실히 $ 계산 될 수 있다는 점이 흥미 롭습니다. 가상 작업이라고 할 수 있습니다.
- @Dale 에너지가 시스템 경계에서 반사되어 직접 상호 작용한다고 주장합니다. 도로는 ' 자동차의 순 에너지를 변경하지 않지만 바퀴의 회전에서 자동차의 선형 운동 에너지로의 에너지 전달을 직접 촉진합니다.