Физика на дорогах (25 фото + 1 видео)
Что происходит с трением при качении, например, шара ...
Если проскальзывания нет, то шар отталкивается от поверхности, и на него действует непрерывная сила трения Fтр1. Но одновременно шар, двигаясь вперед, замедляет свое движение, так как на него действует другая непрерывная сила трения Fтр2. При качении шара два этапа движения (если сравнивать с ходьбой человека) сливаются воедино. Так же работает сила трения при качении колес автомобиля и других транспортных средств.
Интересно!
При качении колесу всегда приходится преодолевать бугорок перед ним.
Чем дорога тверже, тем бугорок ниже и сопротивление качению меньше. Поэтому автомобильные заезды на скоростные рекорды проводят обычно по дну высохших соляных озер, которые обладают очень твердой поверхностью.
А, если в гору?
Когда тело находится на горизонтальной поверхности, сила, прижимающая его к этой поверхности, равна силе тяжести.
Если поверхность не горизонтальна, а составляет какой-то угол с горизонтом, то прижимающая сила тем меньше, чем больше угол наклона.
Поэтому, чем более крутая наклонная плоскость, тем меньше сила трения скольжения.
Уже при yгле наклона в 6 градусов паровоз способен тянуть вместо трех всего два вагона. Вот почему минимально возможный уклон полотна железной дороги стал с caмoгo начала необходимым требованием при прокладке железных дорог.
Почему нагруженный автомобиль на размытой дороге буксует меньше, чем пустой? А куда выгоднее погрузить груз: в кузов или в прицеп, если он есть и почему? Нагруженный автомобиль оказывает большее давление на дорогу, вследствие этого сцепление колес с грунтом у него больше, чем у пустого. А груз ставим в кузов, для того чтобы увеличить давление на задние ведущие колеса автомобиля и тем самым опять же увеличить силу сцепления колес и дороги.
Что такое "юз"?
Осенью у трамвайных путей, идущих под уклон вблизи деревьев, вывешивается табличка «Листопад. Берегись юза!»
Юзом называется скольжение уже заторможенного, невращающегося колеса. Попавшие под колеса свежие листья при раздавливании дают влагу, уменьшающую трение.
А зимой во время гололедицы дороги иногда посыпают песком с солью. Зачем?Оказывается, соль хорошо впитывает влагу и растворяется в ней. В результате этого песчинки оказываются покрытыми пленкой рассола, температура замерзания которого ниже 0°С. Если температура воздуха выше этой температуры, то лед под песчинками начинает таять, и песчинки погружаются в небольшие углубления. Благодаря этому они устойчиво держатся на ледяной поверхности и делают ее шероховатой.
Не трясет, да ещё и ...
В 1888 т. Д. Дэнлоп запатентовал надувную шину. Согласно легенде первая такая шина была изготовлена из резинового шланга для поливки сада и предназначалась для велосипеда. Исключая тряску при езде, такая шина обеспечивала за счет сильного трения хорошую сцепляемость с дорогой. Прижатые к твердой поверхности шины, как бы вписываются в эту поверхность, точно повторяя ее рельеф.
На сухом шоссе коэффициент трения шины о дорогу максимален и составляет 0,8 1,0. На сырой дороге он примерно такой же, а при большой скорости может упасть до 0,5. При гoлоледе коэффициент трения оказывается меньше 0,1. Наилучшее сцепление с дорогой дает резина на основе натуральноrо каучука, однако при морозах это преимущество теряется.
Ну, ты и то-о-ормоз!
А как лучше тормозить на велосипеде перед препятствием?
Если Вы тормозите скольжением (юзом), намертво закрепляя колеса, то тормозной путь будет длиннее, чем при торможении качением (колеса заторможены, но проворачиваются), зато скорость вначале будет резко падать. Поэтому при опасности наезда на препятствие надо тормозить юзом. Лучше удариться с меньшей скоростью, так как энергия удара будет пропорциональна квадрату скорости. Во всех остальных случаях надо тормозить качением: и тормозной путь короче, и шины меньше изнашиваются.
Подробнее http://nopoint.ru/tehnika-pravilnogo-tormozheniya-na-velosipede/
Как сдерживают ход корабля, подошедшего к пристани?
С парохода на пристань бросают канат, на конце которого сделана петля. Человек, стоящий на пристани, надевает петлю на причальную тумбу, а матрос на корабле быстро укладывает канат между кнехтами – небольшими тумбами, установленными на борту судна. Сила трения между канатами и кнехтами останавливает движение судна. Обычно матрос, обернув канат несколько раз вокруг кнехтов, просто придерживает свободный конец каната ногой, прижимая его к палубе. Если, например, корабль тянет с силой в 100 000 Н, матросу достаточно приложить силу в 150 Н, чтобы остановить движущееся судно. При швартовке развиваются значительные силы трения! Раньше, когда причальные тумбы делали из дерева, они, нагреваясь, даже начинали дымиться! В Сибири сплавщики называли причальные тумбы «огнивами». А чтобы во время швартовки они не загорались, их обливали холодной водой.
Из истории тормозов.
Первые железнодорожные тормоза были механическими, т. е. основывались на трении специальных колодок (башмаков) о обода колес, к которым они прижимались с большой силой. При этом кинетическая энергия движущегося состава превращалась в тепловую. Чтобы тормоза не сгорали, их приходилось устанавливать во всех вагонах! Все тормоза должны были срабатывать одновременно по всему составу, придумали осуществлять это под действием струи воздуха, которая по шлангу передавалась через все вагоны. Это был первый пневматический тормоз.
Теперь этот надежный способ торможения поездов сочетается сейчас с другими методами. Например, первый скоростной экспресс ЭР-200 на линии Москва –Петербург, мчащийся со скоростью 200 км/ч, оборудован тремя видами тормозов: электропневматическим, электродинамическим и мaгниторельсовым.
Пневматическая система торможения имеется в любом современном автомобиле. Только колодки прижимаются не к ходовой части колес, а к специальным тормозным цилиндрам, смонтированным на их ободах.
А есть ли смысл?
Машинная тяга позволила перемещать огромные грузы с огромными скоростями. Какая же величина характеризует эффективность нашего движения? Чем больше скорость транспорта, тем выгодней перевозка, а чем меньшее при этом сопротивление движению, тем лучше!
Но, к сожалению, чем больше скорость, тем больше и сопротивление. Поэтому каждый новый скоростной рубеж оплачивается все большими расходами топлива! Оказывается, что наибольшая эффективность перевозок достигалась при использовании таких тихоходных средств, как обычный железнодорожный локомотив и морской теплоход, после чего с появлением автомобилей и самолетов эффективность пошла на убыль. Объясняется это быстрым ростом сопротивления среды при увеличении скорости движения.
Преодоление трения о воздух, как обязательная плата за все возрастающую скорость земного транспорта, превратилось в проблему.
Есть еще над чем в будущем поработать!