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