Владимир Замятин
ноябрь 2018.
885

Какая сила разгоняет автомобиль на прямолинейном горизонтальном участке дороги?

Ответить
Ответить
Комментировать
9
Подписаться
0
3 ответа
Поделиться

Автомобиль разгоняется благодаря крутящему моменту на ведущих колёсах, который развивает силовая установка этого автомобиля. Это исчерпывающий ответ, но так как автора вопроса ещё интересует то, что происходит с колесом, то добавлю немного подробностей.

Если нужно показать именно силу, двигающую автомобиль, то она приложена в верхней точке колеса и равна величине крутящего момента, разделенной на радиус колеса. Тут возникает соблазн приложить эту силу куда-нибудь еще, поэтому упростим нашу конструкцию. Итак: скорость колеса в пятне контакта равна нулю; в центре колеса равна V, в его верхней точке равна 2V. Соединив эти три точки одной линией мы получим зафиксированный снизу рычаг. Автомобиль здесь - это тело массой m, прикрепленное к середине нашего рычага. Прикладываем силу F сверху рычага, получаем ускорение a тела массой m.

Теперь проверим это на практике. Положите ручку (или любой другой цилиндр, который есть под рукой) на стол и пальцем прикладывайте к ней силу в разных точках. Только при приложении касательной силы в верхней точке ваша ручка хорошо покатится. Ну вот, теперь вы знаете, куда надо прикладывать силу, чтобы автомобиль ехал. :)

0
0

1) «Автомобиль разгоняется благодаря крутящему моменту на ведущих колёсах, который развивает силовая установка этого автомобиля»

Абсолютно согласен. Но в этой части ответа нет ничего о силах.

2) «Только при приложении касательной силы в верхней точке ваша ручка хорошо покатится.»

Этот пример иллюстрирует создание у ручки крутящего момента, а не силы, которые возникают вследствие крутящего момента. Совершенно корректный пример, если бы требовалось показать как силовая установка развивает крутящий момент на ведущем колесе.

3) Давайте посмотрим по порядку только силы. Будем считать человек составляет единое целое с машиной. Упругостью и деформациями человека пренебрегаем.

3.1. Человек упирается ботинком в стену и давит на стену с силой F. Получаем нормальную реакцию стены N противоположную по направлению. Сила F приложена к стене, а N — к человеку (но мы договорились, что он с машиной — одно целое). Машина едет в направлении силы N. 

3.2. Человек упирается ботинком в землю и продолжает движение. Рисуем только горизонтальные проекции сил, так как вертикальных движений нет по условию.

Мы видим, что он отталкивает дорогу назад. Реакция дороги — это сила трения. Она действительно мешает движению, как Вы пишете. Но какому? Движению (скольжению ботинка по дороге). Сила трения тут является реакцией на силу F. Кинематически эта ситуация полностью эквивалентна предыдущей. F приложена к дороге, а Fтр — к ботинку (то есть к машине, так как человек и машина — одно целое). Ускорение сонаправлено с силой трения.

3.3. Беда в том, что у человека не телескопические ноги и он не может при движении тележки (да еще и ускоренном) сохранять неизменным приложение силы F к дороге. Эта проблема решается технически.

Сделаем его ботинок бесконечным: превратим его в колесо. Чтобы колесо постоянно воспроизводило ситуацию 3.2 колесу должен быть сообщён крутящий момент M = F×r. F — такая же желаемая сила как в предыдущих примерах. r — радиус. (Напомню, что здесь нарисованы только горизонтальные проекции сил.)

Колесо стремится скользить по дороге назад. Трение покоя не позволяет колесу скользить. Мешает движению (скольжению) колеса по дороге. В конкретный момент времени, мгновенно, ситуация полностью аналогична 3.2.

0
Ответить

Причем здесь человек и ботинок? :) Рисуйте автомобиль))) И рисуйте его в комментариях к своему ответу, а лучше в самом ответе, т.к. подобные вещи всегда нужно иллюстрировать. В комментариях к моему ответу обсуждайте мой ответ, а не свой.

Этот пример иллюстрирует создание у ручки крутящего момента, а не силы, которые возникают вследствие крутящего момента. Совершенно корректный пример, если бы требовалось показать как силовая установка развивает крутящий момент на ведущем колесе.

Нет, нет и нет))) Пальцем к ручке вы прикладываете именно СИЛУ, и пример как раз показывает, куда ее надо прикладывать. А крутящий момент силовая установка передает на колеса совсем по-другому. И автомобиль двигает именно момент, а не сила. Кстати, в ДВС кр.момент тоже создается касательной силой и тоже в строго заданном месте, но это уже немного другая история.

Но, в общем-то, это разговор на уровне непонимания основ. (Например, есть момент - зачем вам сила? А она вам за тем, что вы не понимаете что есть момент. И дальше продолжаете путать силу с моментом в ручке. Ну и всё в таком духе) Так что я уже потерял к разговору интерес. Невозможно писать стихи не зная алфавита, невозможно писать музыку не зная нот, невозможно построить дом без фундамента. Но многие (и вы) почему-то пытаются. А потом, когда у них получается странный результат, то они начинают другим объяснять, что так и надо. Всего доброго.

0
Ответить
Прокомментировать

Так как автомобиль у нас движется строго горизонтально, то силу тяжести и противодействующую ей вертикальную силу реакции дороги, мы исключим из рассмотрения.

Колесу, благодаря мотору и коробке передач, постоянно сообщается крутящий момент M (момент силы). Он измеряется в H×m, и вычисляется также как произведение силы и плеча приложения этой силы. Колесо имеет радиус R. Значит, если чем-то остановить колесо зацепившись за его край, можно получить две силы. Обе направлены тангенциально (то есть по касательной к колесу) и в разные стороны (так как колесо мы остановили). По модулю они будут равны M/R.

Итак, машина покоится, и тут возникает крутящий момент. Колесо и дорожное покрытие имеют хорошее сцепление (хороший коэффициент трения покоя). Колесо толкает дорожное покрытие назад, но благодаря трению скольжения дорожное полотно толкает колесо (и весь автомобиль) вперёд. Так как колесо круглое, то точка приложения силы при качении всегда находится в одном и том же месте относительно автомобиля. Сила реакции дорожного покрытия по модулю всё-таки чуть меньше чем M/R, так как некоторые потери возникают при смятии и пробуксовывании колеса.

Так что автомобиль толкает вперёд реакция дорожного полотна (то есть сила, противодействующая той силе, которая приложена к дорожному полотну колёсами; сила трения (трения покоя, если колесо катится или сила трения скольжения, если автомобиль движется постоянно буксуя)).

По мере разгона автомобиль будет приобретать кинетическую энергию и начнёт сам нести свои колёса вперёд. (Это легко понять, если переключиться в момент разгона на нейтраль.) Сила инерции направлена вперёд, а значит в сумме она уменьшает силу с которой колесо действует на дорогу в горизонтальном направлении, а следовательно и движущая автомобиль сила трения тоже уменьшается. Так, при неизменном крутящем моменте колеса разгон постепенно прекращается по мере набора скорости.

1
-1

Это хорошо, только зачем так длинно?

Одно замечание. Не "трение скольжения", а "трение покоя".

И ответ прост и очевиден: "автомобиль разгоняется силой трения покоя, с которой дорожное покрытие действует на протектор ведущих колёс в пятне контакта".

0
Ответить

Ну, может кому-то длинный ответ понадобится. Вам-то, как я вижу, ответ не особенно-то и нужен :)

0
Ответить

Может и понадобится. Я обычно развёртываю длинно только если встречаю заинтересованного собеседника.

Да. Я ответ знаю. Это нечто вроде социологического опроса. Оценить уровень дебилизма собравшейся публики.

-4
Ответить

Так что автомобиль толкает вперёд реакция дорожного полотна

Если включить нейтраль, то автомобиль начнет замедлятся. Почему реакция дорожного полотна не толкает автомобиль дальше?

Так как колесо круглое, то точка приложения силы при качении всегда находится в одном и том же месте относительно автомобиля.

Закручивали когда-нибудь гайку? Куда силу прикладывали? В резьбу?

-1
Ответить

Аналогия с гайкой неуместна. И в моём изложении нет ни капти противоречия. Смотрите, речь идёт о силе, которую колесо прилагает к дорожному полотну. Нормальные проекции этой силы мы исключаем, так как дорога гноризонтальна (нормальная реакция опоры тут полностью уравновешивает силу тяжести). В тангенциальной проекции у нас сила равная M/R, это та сила с которой, условно говоря, "колесо толкает дорогу назад". Эта тангенциальная сила, с которой колесо воздействует на дорогу всегда приложена в точке касания. Она уравновешивается противоположной по направлению силой трения. Сила трения направлена вперёд, именно она придаёт ускорение, направленное вперёд. F=ma — это ведь векторная формула.

На нейтральной передаче колесо больше не "толкает дорогу назад". В точке касания больше нет этой силы. Теперь инерция движения расходуется на противодействие силам трения качения и сопротивления среды. Трение качения + аэродинамическое сопротивление направлены назад. Ускорение тоже направлено назад, против вектора скорости. Это и есть торможение.

+1
Ответить
Ещё 11 комментариев

И в моём изложении нет ни капти противоречия.

Меня всегда интересовал вопрос: почему человек берется рассуждать о сложных вещах (теория движения колеса - сложная вещь) не понимая основ. Ну вы хоть в основах Ньютоновской механики разберитесь сначала (начните с учебника по физике за 7 класс) перед тем как писать такие простыни бессмысленного текста.

Основа 1. Сила трения (любая) - это сила СОПРОТИВЛЕНИЯ движению. Из самого определения уже можно увидеть, что: а) сила трения не может тело ускорять, она его только замедляет; и б) сила трения появляется только в результате приложения другой силы в качестве противодействующей.

Основа 2. В пятне контакта колеса с дорогой результирующая всех сил равна 0. Если бы это было не так, то колесо смещалось бы относительно покрытия, т.е автомобиль двигался бы юзом.

Этих двух базовых вещей уже достаточно, чтобы пришел сюда семиклассник и сказал, что вы неправы.

0
Ответить

Вы сейчас были бы правы, если бы описывали автомобиль, колёса которого заблокированы.

0
Ответить

0_о Что? Нарисуйте рисунок с силами и выложите его. Так, поржать.

0
Ответить

Хотя лучше перед этим всё-таки почитать учебник по физике. Ну чтобы хоть значение терминов понять.

0
Ответить

Свой ответ напишите

0
Ответить

Уже

0
Ответить

Где? Не вижу. Среди 3 ответов Вашего не вижу. В общем, прекратите истерику, и прекратите размахтвать учебниками у меня перед носом, а просто подумайте спокойно. В отличие от Вас я верю, что мой собеседник (то есть Вы) умный человек и прочитал эти самые учебники.

Представьте на горизонтальной дороге тележку без привода, на которой сидит пассажир, который достаёт ногами до земли. Он ставит ногу на землю и делает скользящее движение по направлению (условно) назад. Если не учитывать все вертикальные проекции сил, то именно сила трения - это то, что заставит тережку ехсть вперёд. Это (при отсутствии скольжения) равносильно тому, как если бы этот же самый пассажир отталивался не от земли, а от, например, столба. Давление ноги на столб направлено назад. Реакция опоры — вперёд. Ускорение — вперёд. Возвращаясь обратно к силе трения: это абсолютно эквивалентная модель. Нога толкает дорогу назад, но сила трения не даёт ноге двигаться вдоль дороги и приводит к движению тележки вперёд.

С "ножным приводом" для тележки всё верно?

Теперь возвращаемся к колесу. Нога имеет ограниченную длину и по этому не может непрерывно обеспечивать приложение силы к дороге. Но эсли в этой модели ногу пассажира мы заменим на колесо, мы совершим это волшебство — как будто есть такая нога, которая действуем постоянно. Крутящий момент делённый на радиус — это сила абсолютно эквивалентная непрерывно действующей ноге из предыдущего примера.

Если Вы всё-таки напишете другой правильный ответ (который тут возможет и будет эквивалентным), я с удовольствием его прочитаю и обсужу.

0
Ответить

Странно, я свой ответ вижу. Попробуйте поискать еще раз. И нарисуйте уже рисунок.

0
Ответить

Да, вижу сейчас уже 4. Вечером обязательно посмотрю.

0
Ответить

"почему человек берется рассуждать о сложных вещах (теория движения колеса - сложная вещь) не понимая основ". Золотые слова. Так чего же вы рассуждаете, не понимая ни шиша?

"Сила трения (любая) - это сила СОПРОТИВЛЕНИЯ движению". Не только движению, но и возможному появлению движения.

"сила трения не может тело ускорять, она его только замедляет". Идиотизм.

На столике в поезде лежит книга. Поезд стоял, а потом начал разгоняться. Книга тоже разгоняется. Какая сила разгоняет книгу?

"В пятне контакта колеса с дорогой результирующая всех сил равна 0". Сумма  всех сил всегда равна нулю (третий закон Ньютона). Но приложены эти силы к разным телам. Поэтому сумма сил "в пятне контакта" результирующей не называется.

0
Ответить

Идиотизм, это то что вы написали. Книга движется относительно поезда???

"В пятне контакта колеса с дорогой результирующая всех сил равна 0". Сумма  всех сил всегда равна нулю (третий закон Ньютона). Но приложены эти силы к разным телам. Поэтому сумма сил "в пятне контакта" результирующей не называется.

Возьмите школьный учебник по физике, почитайте. Золотые слова были обращены не только Наилю, но и вам тоже. Но вы этого не поймёте, потому что не способны. Так что давайте, несите сюда еще свой восхитительный бред на потеху публике.

-1
Ответить

Vitaliano Vero, я дополнительно к предыдущему комментарию поясню, почему нужно рассматривать силы в точке касания колеса, а не где бы то ни было еще. Чтобы раскрыть суть вопроса не нужно рассматривать, например, давление в поршне: оно в данном случае важно, но опосредовано связано с движением. Отправной точкой анализа сил определяющих движение в системе тел должны быть силы непосредственно приводящие к этому движению, и именно в точках их приложения. Автомобиль движется с ускорением или замедлением, потому что взаимодействует с дорогой и окружающей средой. Взаимодействие с дорогой происходит в точке касания колеса. От неё и надо тут плясать.

0
Ответить
Ещё 1 комментарий

А не хотите ответить ещё на один связанный с предыдущим вопрос?

Работа какой силы приводит к увеличению кинетической энергии автомобиля при разгоне?

0
Ответить
Ещё 14 комментариев

Когда переключают на нейтралку, сила которую производит мотор исчезает, но меняет знак сила инерции. Как её считать, куда прибавлять, её физики как то игнорируют, хотя она всегда есть.

0
Ответить

Правда? Всегда есть? А что это такое - сила инерции? Мерой взаимодействия каких тел она является? Как её считать? Куда прибавлять? Я (физик) её не игнорирую, а применяю тогда, когда мне это нужно.

И что это за сила, которую производит мотор? Вот мне (физику) кажется, что мотор никакой силы не производит. Если он что и производит, так это крутящий момент.

0
Ответить
Ещё 12 комментариев

Причина изменения скорости, действие силы. Мотор даёт силу. Как?   Устройство ДВС читайте.

-1
Ответить

Понятно. Ещё один не знающий ни шиша, но считающий, что знает. Неужели трудно не лезть в вопросы, в которых не разбираетесь?

-1
Ответить

Ну так просвети, момент не момент, или как там идёт передача,а так двигает сила. Если мотор не работает машина не тронится ведь.

0
Ответить
  1. Следует обращаться на "вы".

  2. Вы вопрос читали? Там разве про устройства автомобиля. Всего и требуется - назвать силу, которая приводит к увеличению скорости автомобиля. Или вы не в курсе, что такое сила?

  3. Если мотор работает, а под колёсами идеальный лёд, машина тоже не тронется.

0
Ответить

1.Здесь вы правы. А далее, колёса крутятся, но так как нет силы трения машина не трогается, но есть выход -шины с шипами.

0
Ответить

И что мы делаем шипами? Правильно, увеличиваем коэффициент трения в пятне контакта протектора с дорогой. Вот и почти пришли к правильному ответу. Автомобиль разгоняется в результате действия силы трения покоя, с которой дорога действует на протектор.

0
Ответить

Здесь интересная ситуация, третий закон Ньютона вроде сила действия равна силе противодействия. Но активная сила всё таки, из той энергии что даёт мотор, вопрос КПД уже другой. После прекращения действия силы ( нейтралка). Тела сохранило бы свою скорость, если бы не сопротивление среды (аэродинамические) и тренние в деталях и тому подобное. Они гасят не активную силу инерции. Наверное всё таки правильней сказать импульс. Хотя импульс вроде не сила. Так что, есть в чём разобраться, ну мне хотя бы.

0
Ответить

Сила действия равна силе противодействия. Не вроде, а так оно и есть. Закон сохранения импульса. За всю историю науки ни одного нарушения не зарегистрировано (а искали ох как тщательно!). Нет никаких активных и пассивных сил. Все силы равноправны. Откуда вы такую терминологию взяли? Вроде, Перельман в своей книжке для школьников такую ерунду писал.

0
Ответить

Теперь с понятиями, есть масса есть вес. Точно также есть инерция и есть сила инерции. Вроде одно и тоже, но не всегда, или когда как удобно. Масса мера инертности тела, хотя что это определения проясняет?

0
Ответить

Есть физическая величина "масса" (весьма полезная) и есть физическая величина "вес" (малополезная). И совсем не так с инерцией. Есть природное явление "инерция" (бытовое, не нужное в науке слово), и есть физическая величина "сила инерции" (весьма полезное, но и весьма сложное). Например, знаете ли вы, что это сила фиктивная, в природе не существующая, в некоторых случаях вводимая в уравнения для упрощения расчетов? А какие виды сил инерции существуют?

"Масса мера инертности" - детское определение, действительно ничего не проясняющее. "Масса - количественная мера взаимодействия тела с полем Хиггса" - как, теперь лучше? Естественно, лучше.

-1
Ответить

Если 2 телам разных масс мы хотим придать одинаковую скорость, то к телу которое весит больше, надо приложить больше силы. Виною инертность тела.Так что, на счёт фиктивности как то не совсем.

0
Ответить

...то к телу которое МАССИВНЕЕ (зачем вам это - "весит больше"? ну отправьтесь на орбиту, где ве весят одинаково, то есть ноль), надо приложить больше ИМПУЛЬС. Можно взять совсем маленькую силу, да прикладывать её  достаточно долго. "Виною" этому то, что (импульс) = (масса)*(скорость). А "инерция" - слово для бедных знаниями.

-1
Ответить
Прокомментировать

Вероятно, сила лошадок двигателя. Что еще-то? Если дорого под уклон идет - проекция Fтяж. на ось по ускорению. При том можно доже двигатель заглушить. Если при выключеном двигателп дорога пойдет вверх, то машину вперед будет толкать сила инерции.

1
-1

Я не знаю в природе такой силы - "сила лошадок двигателя". Не пойдёт. Вы вообще в курсе, что это такое - сила? И ещё. А что такое "сила инерции"? И которая из них?

Дорога - горизонтальная. В вопросе указано.

0
Ответить
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью