Pekerjaan kekuatan perlawanan adalah rumusnya. Kekuatan perlawanan terhadap gerakan. Mengatasi berbagai gesekan

Ketika suatu benda bergerak di permukaan atau di udara, timbul gaya yang mencegahnya. Mereka disebut kekuatan resistensi atau gesekan. Pada artikel ini, kami akan menjelaskan cara menemukan gaya resistensi dan mempertimbangkan faktor-faktor yang mempengaruhinya.

Hambatan udara digunakan selama skydiving. Akibat gesekan yang dihasilkan antara kubah dan udara, kecepatan penerjun payung berkurang, yang memungkinkan terjun payung tanpa merusak nyawa.

Gaya perlawanan disebut gaya yang mencegah pergerakan mobil. Kekuatan-kekuatan ini diarahkan melawan gerakannya.

Saat berkendara di tanjakan, ditandai dengan tinggi H p, panjang proyeksi DI DALAM P pada bidang horizontal dan kemiringan jalan α, gaya tahanan berikut bekerja pada mobil (Gbr. 3.12): gaya tahanan gelinding R Ke , sama dengan jumlah gaya tahanan gelinding roda depan (P K|) dan belakang (P K2), gaya tahanan angkat R P , gaya hambatan udara D dan gaya hambatan percepatan R DAN . Kekuatan resistensi rolling dan climbing terkait dengan fitur jalan. Jumlah dari gaya-gaya ini disebut gaya tahanan jalan. R D .

Beras. 3.13. Kehilangan energi akibat gesekan internal pada ban:

A - titik yang sesuai dengan beban maksimum dan defleksi ban

Kekuatan resistensi bergulir

Terjadinya gaya rolling resistance selama pergerakan disebabkan oleh kehilangan energi akibat gesekan internal pada ban, gesekan permukaan ban di jalan dan rutting (pada jalan yang dapat berubah bentuk) Kehilangan energi akibat gesekan internal pada ban dapat dinilai dari Gambar . 3.13, yang menunjukkan hubungan antara beban vertikal pada roda dan deformasi ban - defleksinya F SH .

Saat roda bergerak di permukaan yang tidak rata, ban yang mengalami aksi beban variabel berubah bentuk. garis α TENTANG, yang sesuai dengan peningkatan beban yang merusak ban, tidak sesuai dengan garis JSC, bertanggung jawab untuk membongkar. Luas wilayah yang tertutup di antara kurva-kurva ini mencirikan hilangnya energi akibat gesekan internal antara masing-masing bagian ban (tapak, rangka, lapisan kabel, dll.).

Kehilangan energi akibat gesekan pada ban disebut histeresis, dan garis OαO - lingkaran histeresis.

Kerugian gesekan pada ban tidak dapat diubah, karena selama deformasi ban memanas dan panas dilepaskan darinya, yang dilepaskan ke lingkungan. Energi yang dikeluarkan untuk deformasi ban tidak sepenuhnya dikembalikan saat ban dibentuk kembali.

Kekuatan resistensi bergulir R Ke mencapai nilai tertinggi saat berkendara di jalan horizontal. Pada kasus ini

Di mana G - berat kendaraan, N; f adalah koefisien hambatan gelinding.

Saat berkendara menanjak dan menurun, gaya rolling resistance berkurang dibandingkan dengan R Ke di jalan horizontal, dan semakin signifikan, semakin curam jalan tersebut. Untuk kasus gerak ini, gaya tahanan gelinding

di mana α adalah sudut elevasi, °.

Mengetahui gaya rolling resistance, Anda dapat menentukan daya, kW,

dihabiskan untuk mengatasi resistensi ini:

dimana v adalah kecepatan mobil, m / s 2

Untuk jalan horizontal cos0°=1 dan

Z
rolling resistance kekuatan ketergantungan R Ke dan daya N K pada kecepatan mobil ay ditunjukkan pada gambar. 3.14

Koefisien tahanan guling

Koefisien rolling resistance secara signifikan mempengaruhi hilangnya energi saat mengendarai mobil. Itu tergantung pada banyak desain dan operasional

Gambar 3.15. Ketergantungan koefisien rolling resistance pada

Kecepatan mengemudi (a), tekanan ban (b) dan torsi yang disalurkan melalui roda (c)

faktor dan ditentukan secara eksperimental. Nilai rata-ratanya untuk berbagai jalan pada tekanan ban normal adalah 0,01 ... 0,1 Pertimbangkan pengaruh berbagai faktor terhadap koefisien tahanan gelinding.

Kecepatan perjalanan. Ketika kecepatan berubah dalam kisaran 0...50 km/jam, koefisien rolling resistance berubah secara tidak signifikan dan dapat dianggap konstan dalam kisaran kecepatan yang ditunjukkan.

Dengan peningkatan kecepatan gerakan di luar interval yang ditentukan, koefisien rolling resistance meningkat secara signifikan (Gbr. 3.15, A) akibat peningkatan rugi-rugi energi pada ban akibat gesekan.

Koefisien rolling resistance tergantung pada kecepatan gerakan kira-kira dapat dihitung dengan rumus

Di mana - kecepatan kendaraan, km/jam.

Jenis dan kondisi permukaan jalan. Di jalan beraspal, rolling resistance terutama disebabkan oleh deformasi ban.

Dengan bertambahnya jumlah gundukan jalan, koefisien rolling resistance meningkat.

Pada jalan yang dapat dideformasi, koefisien rolling resistance ditentukan oleh deformasi ban dan jalan. Dalam hal ini, tidak hanya bergantung pada jenis ban, tetapi juga pada kedalaman alur yang dihasilkan dan kondisi tanah.

Nilai koefisien rolling resistance pada tingkat tekanan udara dan beban ban yang direkomendasikan serta kecepatan rata-rata di berbagai jalan diberikan di bawah ini:

Jalan raya aspal dan beton semen:

V keadaan baik..................................... 0,007...0,015

dalam kondisi memuaskan .............. 0,015 ... 0,02

Jalan kerikil dalam kondisi baik.... 0,02...0,025

Jalan berbatu dalam kondisi baik...... 0,025...0,03

Jalan tanah, kering, terguling .............. 0,025...0,03

Pasir................................................. ................... 0,1...0,3

Jalan es, es................................... 0,015...0,03

Jalan salju bergulung .............................. 0,03...0,05

Jenis ban. Koefisien rolling resistance sangat bergantung pada pola tapak, keausan tapak, desain karkas, dan kualitas bahan ban. Kemunduran tapak, pengurangan jumlah lapisan kabel dan peningkatan kualitas material menyebabkan penurunan koefisien rolling resistance karena penurunan kehilangan energi pada ban.

Tekanan ban. Di jalan beraspal, dengan penurunan tekanan udara pada ban, koefisien rolling resistance meningkat (Gbr. 3.15, B). Di jalan yang dapat diubah bentuknya, ketika tekanan udara di dalam ban berkurang, kedalaman alur berkurang, tetapi kerugian gesekan internal di dalam ban meningkat. Oleh karena itu, untuk setiap jenis jalan, direkomendasikan tekanan udara tertentu pada ban, di mana koefisien rolling resistance memiliki nilai minimum.

Momen ditransmisikan melalui roda. Saat torsi ditransmisikan melalui roda, koefisien rolling resistance meningkat (Gbr. 3.15, V) karena kehilangan selip ban pada titik kontak dengan jalan. Untuk roda penggerak, nilai koefisien rolling resistance adalah 10...15% lebih tinggi daripada roda penggerak.

Koefisien rolling resistance memiliki dampak yang signifikan terhadap konsumsi bahan bakar dan juga pada efisiensi bahan bakar kendaraan. Penelitian telah menunjukkan bahwa bahkan pengurangan kecil dalam rasio ini memberikan penghematan bahan bakar yang nyata. Oleh karena itu, bukan kebetulan bahwa keinginan para perancang dan peneliti untuk membuat ban seperti itu, yang menggunakan koefisien tahanan gelinding tidak signifikan, tetapi ini adalah masalah yang sangat sulit.

Larutan.

Untuk mengatasi masalah tersebut, pertimbangkan sistem fisik "tubuh - medan gravitasi bumi". Tubuh akan dianggap sebagai titik material, dan medan gravitasi Bumi - homogen. Sistem fisik yang dipilih tidak tertutup, karena selama gerakan tubuh berinteraksi dengan udara.
Jika kita tidak memperhitungkan gaya apung yang bekerja pada benda dari sisi udara, maka perubahan energi mekanik total sistem sama dengan kerja gaya hambatan udara, yaitu.∆ E = A c .

Kami memilih tingkat energi potensial nol di permukaan bumi. Satu-satunya gaya eksternal dalam kaitannya dengan sistem "tubuh - Bumi" adalah gaya hambatan udara, yang diarahkan ke atas secara vertikal. Energi awal sistem E 1 , akhir E 2 .

Pekerjaan gaya tarik A.

Karena sudut antara gaya tahanan dan perpindahan adalah 180°, maka kosinusnya adalah -1 A = -F c h . Samakan A.

Sistem fisik tidak tertutup yang dimaksud juga dapat dijelaskan dengan teorema perubahan energi kinetik suatu sistem benda yang berinteraksi satu sama lain, yang menurutnya perubahan energi kinetik sistem sama dengan usaha yang dilakukan oleh kekuatan eksternal dan internal selama transisi dari keadaan awal ke keadaan akhir. Jika kita tidak memperhitungkan gaya apung yang bekerja pada benda dari udara, dan gaya internal - gravitasi. Karena itu∆ E k \u003d A 1 + A 2, dimana A 1 \u003d mgh - pekerjaan gravitasi, A 2 = F c h cos 180° = - F c h adalah pekerjaan kekuatan perlawanan;∆ E \u003d E 2 - E 1.

tahan udara

Pelari kelas satu yang memperebutkan kecepatan sama sekali tidak berusaha untuk berada di depan para pesaingnya di awal lari. Sebaliknya, dia mencoba untuk tetap berada di belakang mereka; hanya mendekati garis finis, dia melewati pelari lain dan mencapai titik akhir terlebih dahulu. Mengapa dia memilih manuver seperti itu? Mengapa lebih baik baginya untuk berlari di belakang orang lain?

Pasalnya, saat berlari kencang, Anda harus mengeluarkan banyak tenaga untuk mengatasi hambatan udara. Biasanya, kita tidak memikirkan fakta bahwa udara dapat mengganggu pergerakan kita: saat berjalan di sekitar ruangan atau berjalan di sepanjang jalan, kita tidak menyadari bahwa udara membatasi pergerakan kita. Tapi ini hanya karena kecepatan berjalan kami lambat. Saat bergerak cepat, udara sudah terasa menghalangi kita untuk bergerak. Siapa pun yang mengendarai sepeda tahu betul bahwa udara mengganggu bersepeda cepat. Tidak heran jika pembalap membungkuk ke arah setir mobilnya: dengan demikian ia mengurangi ukuran permukaan tempat udara menekan. Diperkirakan bahwa pada kecepatan 10 km per jam, pengendara sepeda menghabiskan sepertujuh usahanya untuk melawan udara; pada kecepatan 20 km, bagian keempat dari upaya pengendara sudah dihabiskan untuk melawan udara. Pada kecepatan yang lebih tinggi, Anda harus menghabiskan sepertiga dari pekerjaan untuk mengatasi hambatan udara, dll.

Sekarang Anda akan memahami perilaku misterius seorang pelari terampil. Dengan menempatkan dirinya di belakang pelari lain yang kurang berpengalaman, dia membebaskan dirinya dari pekerjaan mengatasi hambatan udara, karena pekerjaan ini dilakukan untuknya oleh pelari di depan. Dia menyimpan kekuatannya sampai dia cukup dekat dengan tujuan yang akhirnya menguntungkan untuk menyalip lawan.

Sedikit pengalaman akan menjelaskan kepada Anda apa yang telah dikatakan. Potong lingkaran seukuran selembar kertas lima kopek. Jatuhkan koin dan lingkaran secara terpisah dari ketinggian yang sama. Anda sudah tahu bahwa dalam ruang hampa semua benda harus jatuh sama cepatnya. Dalam kasus kami, aturannya tidak akan dibenarkan: lingkaran kertas akan jatuh ke lantai lebih lambat dari koin. Alasannya adalah koin mengatasi hambatan udara lebih baik daripada selembar kertas. Ulangi percobaan dengan cara yang berbeda: letakkan lingkaran kertas di atas koin lalu jatuhkan. Anda akan melihat bahwa lingkaran dan koin akan mencapai lantai pada saat yang bersamaan. Mengapa? Karena kali ini cangkir kertas tidak harus melawan udara: koin yang bergerak maju melakukan tugasnya. Dengan cara yang sama, lebih mudah bagi seorang pelari yang bergerak di belakang yang lain untuk berlari: dia dibebaskan dari pergumulan dengan udara.