Dinamika

A jármű stabilitása

Ezen az oldalon egy olyan jármű körmozgásának dinamikáját írják le, amely leírja a kanyarodás nélküli kanyart.

Először a járművet tekintjük részecskének. Ezután megvizsgáljuk a jármű stabilitását bizonyos méretekkel és bizonyos terheléseloszlással.

Görbe túlemelés nélkül

Egy autó egy R sugárú körpályát ír le állandó sebességgel v.

A probléma megoldása során felmerülő egyik fő nehézség az, hogy a tangenciális (állandó sebességgel egyenletes) mozgást el kell különíteni a jármű sugárirányú mozgásától, amit megpróbálunk majd megvizsgálni.

Fizikai alapismeretek

Feltételezzük, hogy a jármű sugárirányú körutat ír le R állandó sebességgel v. A járművön kívül elhelyezkedő inerciális megfigyelő esetében a mobilra ható erők:

  • a súlyt
  • az út reakciója
  • súrlódási erő.

Ez az, ami miatt a jármű kör alakú utat követ.

Mivel a függőleges irányban egyensúly van, a sík reakciója megegyezik a tömeggel

Newton második törvényének alkalmazása a sugárirányú mozgásra

Lény v a mobil sebessége és R a leíró kerület sugara

Az v sebesség növekedésével az Fr súrlódási erő addig növekszik, amíg el nem éri a statikus súrlódási együttható és a sík reakciója szorzatának maximális értékét, m N.

Maximális sebesség v a jármű elérheti, hogy leírja a kör sugarú görbét R ezért

Amint az interaktív programban láthatjuk, a mobil sebességének növekedésével a súrlódási erő addig növekszik, amíg el nem éri az m maximális értéket N, a jármű útja kerülete.

Ha a mobil sebessége nagyobb, mint a maximális, a sebességvektorra merőleges súrlódási erő állandó értéke és megegyezik a maximális értékével, a mobil pályája megszűnik kör alakúnak lenni. A probléma leegyszerűsítése érdekében feltételeztük, hogy a statikus és a kinetikus súrlódási együtthatók értéke azonos.

Tevékenységek

  • a körút sugara (kevesebb, mint 500 m), a szerkesztő vezérlőben Rádió
  • súrlódási együttható a szerkesztés vezérlőben Coeff. súrlódás
  • a mobil sebessége, a szerkesztés vezérlőben Sebesség.

Kattintson a gombra Indul. Megfigyelik a mobilon lévő erőket

Növelje a mobil sebességét, és nyomja meg újra a gombot Indul.

Vidámgörbe

Vizsgáljuk meg most azt az esetet, amikor a görbe szöge felülemelkedik θ.

Elemezzük a problémát az inerciális megfigyelő szempontjából

centrifugális

A testre ható erők megegyeznek a dőlés nélküli görbével, de a súly kivételével más irányúak.

A súlyt mg

Súrlódási erő Fr

A sík reakciója N

A bal oldali ábrán az erők, a jobb oldali ábrán pedig a súrlódási erő került kicserélésre Fr és a sík reakciója N téglalap alakú alkatrészeinek egyidejű hatásával.

A hallgatók egyik nehézsége a normális gyorsulás helyes beállítása, an hogy általában párhuzamosan állítják a ferde síkkal, vízszintes helyett. Ezután megmutatjuk, hogy a jármű által leírt kerület egy kúpos szakasz, amelyet a kúp tengelyére merőleges sík vág, és ezért a kerület középpontja az említett síkban, és nem a kúp csúcsában helyezkedik el.

A függőleges tengelyen nincs gyorsulás, egyensúlyi helyzetünk van

A vízszintes tengelyen Newton második törvényét alkalmazzuk az egyenletes körmozgásra

A jármű akkor kezd sugárirányban csúszni, amikor olyan sebességet visz Fr = μN. Két egyenlet rendszerében

N(kötözősalátaθ-μsenθ) =mg
N
(senθ+μkötözősalátaθ) =mv 2/R

megtisztítjuk a maximális sebességet v hogy a jármű úgy tudja szállítani, hogy biztonságosan haladjon az íven

A járműben utazó nem inerciális megfigyelő szempontjából

Az érintett erők:

A súlyt mg

A súrlódás Fr

A sík reakciója N

Centrifugális erő Fc=mv két /R

A jármű egyensúlyban van, tehát

Nkötözősalátaθ=Frsenθ+mg
N
senθ+Frkötözősalátaθ=mv 2/R

A jármű ismert sebessége v kiszámíthatjuk a súrlódási erőt Fr és a sík reakciója N.

Az a maximális sebesség, amelyre a jármű képes az ív biztonságos leírása érdekében, az az sebesség, amelynél a súrlódási erő eléri a maximális értéket Fr = μN

Megtisztítjuk a sebességet v és ugyanazt a kifejezést kapjuk

Egy személygépkocsi körbevezet egy 500 m sugarú út kanyarulatán. Annak tudatában, hogy az autó kerekei és a száraz aszfalt közötti súrlódási együttható 0,75, számítsa ki a maximális sebességet, amellyel az autó biztonságosan leírhatja a görbét a következő esetekben:

a görbének nincs felülemelkedése

a görbe túllépése 15є

A jármű stabilitása

Vegyünk egy járművet, amely egy sugarú görbét ír le R, állandó sebességgel v. A terhelés eloszlása ​​miatt a tömegközéppont a helyzetben helyezkedik el xc, és c ábra szerint. Ha a jármű kerekei és az út közötti súrlódási együttható μ. Meghatározzuk, hogy

A jármű egyensúlyban van

Ha kicsúszik, akkor a görbéből

Ha felborul, megfordul egy tengely körül, amely áthalad a jobb oldali kerekeken, amikor az autó balra görbül.

Ha egyszerre csúsztat és billen

Leírás

A járművel utazó nem inerciális megfigyelő számára a rá ható erők:

N1 Y N2 azok a reakciók vagy erők, amelyeket az út fejt ki a jármű kerekeire

F1 Y F2 azok a súrlódási erők, amelyek ellenállnak a jármű csúszásának a sugárirány mentén és kifelé

A súlyt mg a jármű tömegközéppontjában hat

Ha a jármű a sugárirány mentén nyugalomban marad, akkor ezt meg kell tennünk

Pillanatokat vesz fel O. vonatkozásában. Az egyensúlyi feltétel kifejeződik

Lény nak nek a kerekek közötti távolság. Tisztázzuk N1 ebben az utolsó egyenletben

Megvizsgáljuk a különböző helyzeteket:

A jármű felborul

A sebesség növekedésével v növeli a centrifugális erőt Fc=mv 2/R, amíg N1 nulla lesz. A sebesség növekedése a jármű felborulását okozza.

A dömping megkezdésének feltétele: N1= 0 és v 2 /R=gxc/yc

A jármű csúszik

Súrlódási erő F1 + F2=Fc nem haladhatja meg a maximális értéket μN1 + μN2 = μmg

A jármű csúszásának megkezdésének feltétele az v 2 /R = μg

Igen mgxc> Fcyc a jármű nem borul fel

Igen Fcμmgyc, Úgy értem igen μ 2 /R = μg

Igen μ> xc/yc a jármű felborulni kezd abban a pillanatban, amikor a v 2 /R=gxc/yc

1. példa:

C.m helyzet. xc= 0,7, és c= 1,0

Az ügyben állunk μ 2 /R = μg, vagyis mikor v= 49,5 m/s

A súrlódási erő maximális értéke: μmg =0,5 9,8m= 4,9M

Lenni v= 49 m/s.

A centrifugális erő egyenlő Fc=mv 2/R=m49 2/500 = 4,8m. Súrlódási erő F1 + F2 = Fc kisebb, mint a maximális értéke, a jármű nem csúszik

Kiszámoljuk a N1

Mit N1> 0 a jármű nem billen

Lenni v= 50 m/s.

A centrifugális erő egyenlő Fc=mv 2/R=m50 2/500 = 5m. Súrlódási erő F1 + F2 = Fc nagyobb, mint a maximális értéke, a járműcsúszdák

Kiszámoljuk a N1

Mit N1> 0 a jármű nem billen

C.m helyzet. xc= 0,7, és c= 1,0

A jármű akkor kezd borulni, amikor a v 2 /R=gxc/yc, vagyis mikor v= 58,6 m/s

A súrlódási erő maximális értéke: μmg =0,8 9,8m= 7,84M

Lenni v= 58 m/s.

A centrifugális erő egyenlő Fc=mv 2/R=m58 2/500 = 6,73m. Súrlódási erő F1 + F2 = Fc kisebb, mint a maximális értéke, a jármű nem csúszik

Kiszámoljuk a N1

Mit N1> 0 a jármű nem billen

Lenni v= 60 m/s.

A centrifugális erő egyenlő Fc=mv 2/R=m60 2 /500=7.2m. Súrlódási erő F1 + F2 = Fc kisebb, mint a maximális értéke, a jármű nem csúszik

Kiszámoljuk a N1

Mit N1 két /R = μg, vagyis v 2 /500=0.8·9.8, v= 62,6 m/s a ​​jármű egyszerre csúszik és borul fel

Tevékenységek

A jármű terheléseloszlása, vagyis a helyzet (xc, és c), az egérmutatóval mozgatva a piros színű kis kört, az azonos színű téglalap belsejében.

Súrlódási tényező μ, című görgetősávon jár el Coeff. súrlódás.

A rádió R, görbét az interaktív programban állítottuk be az értékre R= 500 m.

A jármű szélességét (tengelytáv) az értékre állítottuk nak nek= 2,0 m

Nyomja meg a címet Új

A jármű sebessége v (m/s-ban), a görgetősávra hatva sebesség.

Nyomja meg a címet Indul

A jármű viselkedését figyeljük meg:

Ha egyensúlyban van

Ha egyszerre csúsztat és billen.

Meghúzzák a járműre ható erőket, és megadják egyesek értékét (a tömegegységre eső erő).

Húzza az egérmutatóval a kis piros kört

Hivatkozások

Kereszt R. A centrifugális erő szerepe a jármű tekercsében. Am. J. Phys. 67 (5), 1999. május, pp. 447-448.