Enter the mass, initial velocity, final velocity, and time into the calculator to determine the average resistive force.
- All Force Calculators
- Resistance Force Calculator
- Momentum to Force Calculator
- Velocity to Force Calculator
The following equation is used to calculate the Average Resistive Force.
- Where ARF is the average resistive force (N)
- m is the mass of the object (kg)
- Vi is the initial velocity (m/s)
- Vf is the final velocity (m/s)
- t is the total time (s)
What is an Average Resistive Force?
Definition:
An average resistive force is the total force that has acted on an object over a given period of time which is caused the object to reduce its velocity.
How to Calculate Average Resistive Force?
Example Problem:
The following example outlines the steps and information needed to calculate Average Resistive Force.
First, determine the mass of the object. In this example, the mass of the object is found to be 4kg.
Next, determine the initial velocity. For this problem, the initial velocity is found to be 10m/s.
Next, determine the final velocity. In this case, the final velocity is measured to be 5m/s.
Next, determine the time. In this example, the time is 10s.
Finally, calculate the Average Resistive Force using the formula above:
ARF = m*(Vi-Vf)/t
ARF = 4*(10-5)/10
ARF = 2N
3.11. Силы сопротивления движению и мощности, затрачиваемые на их преодоление
Силами сопротивления
называются силы, препятствующие движению
автомобиля. Эти силы направлены против
его движения.
При
движении на подъеме, характеризуемом
высотой Hп,
длиной проекции Вп
на
горизонтальную плоскость и углом
подъема дороги α, на автомобиль действуют
следующие силы сопротивления (рис.
3.12): сила сопротивления качению Рк,
равная
сумме сил сопротивления качению
передних (РК|)
и задних (РК2)
колес, сила сопротивления подъему
Рп,
сила
сопротивления воздуха Д и сила
сопротивления разгону РИ.
Силы
сопротивления качению и подъему
связаны с особенностями дороги. Сумма
этих сил называется силой сопротивления
дороги
РД.
Рис.
3.13. Потери энергии на внутреннее
трение в шине:
а
— точка,
соответствующая максимальным
значениям нагрузки и прогиба
шины
Сила сопротивления качению
Возникновение
силы сопротивления качению при движении
обусловлено потерями энергии на
внутреннее трение в шинах, поверхностное
трение шин о дорогу и образование колеи
(на деформируемых дорогах).О потерях
энергии на внутреннее трение в шине
можно судить по рис. 3.13, на котором
приведена зависимость между вертикальной
нагрузкой на колесо и деформацией шины
— ее прогибом fш.
При
движении колеса по неровной поверхности
шина, испытывая действие переменной
нагрузки, деформируется. Линия αО,
которая
соответствует возрастанию нагрузки,
деформирующей шину, не совпадает с
линией аО,
отвечающей
снятию нагрузки. Площадь области,
заключенной между указанными кривыми,
характеризует потери энергии на
внутреннее трение между отдельными
частями шины (протектор, каркас, слои
корда и др.).
Потери
энергии на трение в шине называются
гистерезисом, а линия ОαО
— петлей
гистерезиса.
Потери
на трение в шине необратимы, так как при
деформации она нагревается и из нее
выделяется теплота, которая рассеивается
в окружающую среду. Энергия, затрачиваемая
на деформацию шины, не возвращается
полностью при последующем восстановлении
ее формы.
Сила
сопротивления качению Рк
достигает
наибольшего значения при движении
по горизонтальной дороге. В этом случае
где
G
— вес
автомобиля, Н; f
— коэффициент сопротивления качению.
При
движении на подъеме и спуске сила
сопротивления качению уменьшается
по сравнению с
Рк
на
горизонтальной дороге, и тем значительнее,
чем они круче. Для этого случая движения
сила сопротивления качению
где α — угол
подъема, °.
Зная
силу сопротивления качению, можно
определить мощность, кВт,
затрачиваемую на
преодоление этого сопротивления:
где
v
—скорости
автомобиля,м/c2
Для
горизонтальной дороги соs0°=1
и
З
ависимости
силы сопротивления качениюРк
и
мощности NК
от
скорости автомобиля v
показаны
на рис. 3.14
Коэффициент сопротивления качению
Коэффициент
сопротивления качению существенно
влияет на потери энергии при движении
автомобиля. Он зависит от многих
конструктивных и эксплуатационных
Рис 3.15. Зависимости
коэффициента сопротивления качению от
Скорости движения (а), давления воздуха в шине (б) и момента, передаваемого через колесо (в)
факторов
и определяется экспериментально. Его
средние значения для различных дорог
при нормальном давлении воздуха в шине
составляют 0,01 …0,1.Рассмотрим влияние
различных факторов на коэффициент
сопротивления качению.
Скорость
движения.
При изменении скорости движения в
интервале 0…50 км/ч коэффициент
сопротивления качению изменяется
незначительно и его можно считать
постоянным в указанном диапазоне
скоростей.
При
повышении скорости движения за пределами
указанного интервала коэффициент
сопротивления качению существенно
увеличивается (рис. 3.15,
а)
вследствие
возрастания потерь энергии в шине на
трение.
Коэффициент
сопротивления качению в зависимости
от скорости движения можно приближенно
рассчитать по
формуле
где
—
скорость
автомобиля, км/ч.
Тип
и состояние покрытия дороги.
На дорогах с твердым покрытием
сопротивление качению обусловлено
главным образом деформациями шины.
При
увеличении числа дорожных неровностей
коэффициент сопротивления качению
возрастает.
На
деформируемых дорогах коэффициент
сопротивления качению определяется
деформациями шины и дороги. В этом случае
он зависит не только от типа шины, но и
от глубины образующейся колеи и
состояния грунта.
Значения
коэффициента сопротивления качению
при рекомендуемых уровнях давления
воздуха и нагрузки на шину и средней
скорости движения на различных дорогах
приведены ниже:
Асфальто-
и цементобетонное шоссе:
в
хорошем состоянии
………………………………. 0,007…0,015
в
удовлетворительном состоянии
…………… 0,015…0,02
Гравийная
дорога в хорошем состоянии …. 0,02…0,025
Булыжная
дорога в хорошем состоянии…… 0,025…0,03
Грунтовая
дорога сухая, укатанная …………..
0,025…0,03
Песок…………………………………………………………..
0,1…0,3
Обледенелая
дорога, лед …………………………. 0,015…0,03
Укатанная
снежная дорога ………………………..
0,03…0,05
Тип
шины.
Коэффициент сопротивления качению во
многом зависит от рисунка протектора,
его износа, конструкции каркаса и
качества материала шины. Изношенность
протектора, уменьшение числа слоев
корда и улучшение качества материала
приводят к падению коэффициента
сопротивления качению вследствие
снижения потерь энергии в шине.
Давление
воздуха в шине.
На дорогах с твердым покрытием при
уменьшении давления воздуха в шине
коэффициент сопротивления качению
повышается (рис. 3.15, б).
На
деформируемых дорогах при снижении
давления воздуха в шине уменьшается
глубина колеи, но возрастают потери
на внутреннее трение в шине. Поэтому
для каждого типа дороги рекомендуется
определенное давление воздуха в шине,
при котором коэффициент сопротивления
качению имеет минимальное значение.
Нагрузка
на колесо.
При увеличении вертикальной нагрузки
на колесо коэффициент сопротивления
качению существенно возрастает на
деформируемых дорогах и незначительно
— на дорогах с твердым покрытием.
Момент,
передаваемый через колесо.
При передаче момента через колесо
коэффициент сопротивления качению
возрастает (рис. 3.15, в)
вследствие
потерь на проскальзывание шины в месте
ее контакта с дорогой. Для ведущих колес
значение коэффициента сопротивления
качению на 10… 15 % больше, чем для ведомых.
Коэффициент
сопротивления качению оказывает
существенное влияние на расход
топлива и, следовательно, на топливную
экономичность автомобиля. Исследования
показали, что даже небольшое уменьшение
этого коэффициента обеспечивает
ощутимую экономию топлива. Поэтому
неслучайно стремление конструкторов
и исследователей создать такие шины,
при использовании которых коэффициент
сопротивления качению будет незначительным,
но это весьма сложная проблема.
studfile.net
Вязкое трение и сопротивление среды
Отличие вязкого трения от сухого заключается в том, что оно способно обращаться в ноль одновременно со скоростью. Даже при малой внешней силе может быть сообщена относительная скорость слоям вязкой среды.
Сила сопротивления при движении в вязкой среде
Замечание 1
Кроме сил трения при движении в жидких и газообразных средах возникают силы сопротивления среды, которые проявляются намного значительней, чем силы трения.
Поведение жидкости и газа по отношению к проявлениям сил трения не отличаются. Поэтому, приведенные ниже характеристики, относят к обоим состояниям.
Определение 1
Действие силы сопротивления, возникающей при движении тела в вязкой среде, обусловлено ее свойствами:
- отсутствие трения покоя, то есть передвижение плавающего многотонного корабля при помощи каната;
- зависимость силы сопротивления от формы движущегося тела, иначе говоря, от ее обтекаемости для уменьшения сил сопротивления;
- зависимость абсолютной величины силы сопротивления от скорости.
Сила вязкого трения
Определение 2
Существуют определенные закономерности, которым подчинены и силы трения и сопротивления среды с условным обозначением суммарной силы силой трения. Ее величина находится в зависимости от:
- формы и размеров тела;
- состояния его поверхности;
- скорости относительно среды и ее свойства, называемого вязкостью.
Для изображения зависимости силы трения от скорости тела по отношению к среде используют график рисунка 1.
Рисунок 1. График зависимости силы трения от скорости по отношению к среде
Если значение скорости мало, то сила сопротивления прямо пропорциональна относительно υ, а сила трения линейно увеличивается со скоростью:
Fтр=-k1υ (1).
Наличие минуса означает направление силы трения в противоположную сторону относительно направления скорости.
При большом зн
zaochnik.com
Сила сопротивления разгону
Сила
сопротивления разгону возникает
вследствие затрат энергии на раскручивание
вращающихся частей двигателя и
трансмиссии, а также колес при движении
автомобиля с ускорением.
Сила сопротивления
разгону, Н:
где
G
— вес
автомобиля, Н; g
— ускорение
силы тяжести, м/с2;
δвр
— коэффициент учета вращающихся масс
автомобиля; j
—
ускорение автомобиля, м/с2.
Мощность, кВт,
затрачиваемая на разгон:
Зависимости
силы сопротивления разгону Ри
и мощности NИ,
необходимой для преодоления этого
сопротивления, от скорости автомобиля
v
представлены
на рис. 3.20.
Коэффициент учета вращающихся масс
Этот коэффициент
учитывает дополнительное сопротивление
разгону автомобиля, вызванное
раскручиванием вращающихся частей
двигателя, трансмиссии и колес.
Коэффициент учета
вращающихся масс показывает, во сколько
раз мощность, затрачиваемая на разгон
автомобиля, больше мощности, не
обходимой для
установившегося движения:
где
Jм
— момент инерции маховика; uT,
ηтр
— передаточное число и КПД трансмиссии;
Jсум
— суммарный момент инерции всех колес
автомобиля.
Коэффициент учета
вращающихся масс для автомобиля с
полной нагрузкой можно приближенно
рассчитать по формуле
47
где
uк,
uд
— передаточные числа основной и
дополнительной коробок передач.
Условие равномерного
движения при отсутствии буксования
ведущих колес записывается в вид
3.12. Уравнение движения автомобиля
Для вывода уравнения
движения рассмотрим разгон автомобиля
на подъеме (рис. 3.21).
Спроецируем все
силы, действующие на автомобиль, на
поверхность дороги:
(3.19)
Подставим
в формулу (3.19) касательные реакции дороги
Rx1,
и Rx2,
объединим
члены с коэффициентом сопротивления
качению ƒ и члены с ускорением j
и, принимая во внимание соотношения
ƒ(Rz2+Rz1
) = РK,
и
jk1
+ jk2
= jk
, а также коэффициент учета вращающихся
масс, получим уравнение движения
автомобиля в общем виде:
Или
(3.20)
Уравнение движения
автомобиля выражает связь между
движущими силами и силами сопротивления
Рис.
3.21. Схема сил, действующих
на автомобиль на подъеме
движению.
Оно позволяет определить режим движения
автомобиля в любой момент.
Так, например, при
установившемся (равномерном) движении
Из уравнения (3.20)
следует, что безостановочное движение
автомобиля возможно только при условии
р
гв-
Данное неравенство
связывает конструктивные параметры
автомобиля с эксплуатационными
факторами, обусловливающими сопротивление
движению. Однако оно не гарантирует
отсутствия буксования ведущих колес.
Безостановочное движение автомобиля
без буксования ведущих колес возможно
лишь при соблюдении условия
Условия
равномерного движения при отсутствии
буксования ведущих колёс записывается
в виде
3.13. Силовой баланс автомобиля
Представим
уравнение движения автомобиля в следующем
виде:
(3.21)
В такой форме оно
называется уравнением силового баланса
автомобиля и выражает соотношение между
тяговой силой на ведущих колесах и
силами сопротивления движению.
На основании
уравнения (3.21) строится график силового
баланса, позволяющий оценивать
тягово-скоростные свойства автомобиля.
При
построении графика силового баланса
(рис. 3.22) сначала строят тяговую
характеристику автомобиля. Затем наносят
зависимость силы сопротивления
дороги от скорости. Если коэффициент
сопротивления дороги — постоянная
величина, то указанная зависимость
представляет собой прямую линию,
параллельную оси абсцисс, а при
непостоянном коэффициенте сопротивления
дороги — кривую параболической формы.
После этого от кривой, характеризующей
силу сопротивления дороги, откладывают
вверх значения силы сопротивления
воздуха при различных скоростях движения.
Полученная зависимость
studfile.net
Сила сопротивления движению тела в воде — SportWiki энциклопедия
Сила сопротивления движению тела в воде[править | править код]
Для тела человека, плывущего в воде, при его равномерной скорости полное гидродинамическое сопротивление имеет вид
Rx = KV2,
где Rx — суммарная величина сопротивления; V — скорость плавания, м/с; К — безразмерный коэффициент сопротивления, составляющими которого являются:
Cx(p/2)S,
где Сх — коэффициент обтекаемости, иногда называемый коэффициентом пропорциональности или коэффициентом лобового сопротивления; р — плотность воды; S — миделевое сечение, являющееся проекцией тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения.
Коэффициент обтекаемости тела зависит от формы тела, соотношения его ширины и длины, величины и состояния поверхности и для человека колеблется в пределах 0,5 — 3.
Как видно из формулы, величина полного гидродинамического сопротивления прямо пропорциональна величине миделевого сечения. При плавании человека величина миделевого сечения постоянно изменяется. Наименьшая проекция будет в том случае, если тело занимает в воде горизонтальное положение. Величину миделевого сечения необходимо учитывать не только при выборе рационального положения тела, но и при выполнении рабочих и подготовительных движений. Пловец продвигается вперед, опираясь конечностями о воду и отталкиваясь от нее. Отталкивания будут тем более эффективными, чем больше они будут вызывать сопротивление своему движению, которое зависит от величины миделевого сечения.
Практически это достигается тем, что ладони во время гребка располагаются по возможности перпендикулярно направлению движения. Поэтому при выполнении гребковых движений конечностями для обеспечения продвижения тела вперед и, если необходимо, поддержания его в более высоком положении следует ориентировать гребущие поверхности так, чтобы их миделевое сечение достигало возможно большей величины.
После выполнения гребковых движений пловцу нужно совершать подготовительные движения. При плавании кролем на груди, на спине и дельфином подготовительные движения руками совершаются над поверхностью воды. Иное дело — при плавании брассом, когда подготовительное движение рук и ног необходимо выполнять под поверхностью воды. При таких движениях проекция на плоскость, перпендикулярную движению, должна быть наименьшей. Поэтому движение рук вперед брассисты выполняют с прижатыми к телу плечами и близко к поверхности воды, а сгибание тазобедренных суставов — быстро, чтобы уменьшить время действия сопротивления передней поверхностью бедра.
При движении тела человека в воде величина сопротивления растет пропорционально квадрату скорости. Если пловец увеличит скорость своего движения в 3 раза, то сопротивление возрастает в 9 раз.
Поскольку пловец движется неравномерно, поэтому при расчетах сопротивления в свободном плавании возникают затруднения, так как при ориентации на среднюю скорость дистанции появляются погрешности. Для того чтобы получить более точные данные общей величины сопротивления, измеряют скорость тела за очень короткий промежуток времени. Такая скорость называется мгновенной. Колебания мгновенной скорости как в одном цикле движения, так и на всей дистанции бывают весьма значительными. Например, внутрицикловая скорость при плавании брассом может изменяться от 0,4 до 1,8 м/с.
sportwiki.to
Сила сопротивления подъему
Вес
автомобиля, который движется на подъеме,
можно разложить на две составляющие
(см. рис. 3.12): параллельную и перпендикулярную
поверхности дороги. Составляющая силы
тяжести, параллельная поверхности
дороги, представляет собой силу
сопротивления подъему, Н:
где
G
— вес
автомобиля
, Н; α-угол подъёма,ْ
.
В
качестве характеристики крутизны
подъема наряду с углом α
используют величину i,
называемую уклоном и равную
,
где
Нп
— высота
подъема; Вп
—
длина
его проекции на горизонтальную
плоскость.
Сила
сопротивления подъему может быть
направлена как в сторону движения,
так и против него. В процессе подъема
она действует в направлении,
противоположном движению, и является
силой сопротивления движению. При спуске
эта сила, направленная в сторону
движения, становится движущей.
Зная
силу сопротивления подъему, можно
определить мощность, кВт, необходимую
для преодоления этого сопротивления:
Рис.
3.16. Зависимости силы сопротивления
подъему Рп
и
мощности Nп
,необходимой
для его преодоления,
от скорости автомобиля
где
—
скорость автомобиля, м/с.
Зависимости
силы сопротивления подъему Рп
и мощности NП,
необходимой для преодоления этого
сопротивления, от скорости автомобиля
v
приведены
на рис. 3.16.
Сила сопротивления дороги
Сила
сопротивления дороги представляет
собой сумму сил сопротивления качению
и сопротивления подъему:
или
Выражение
в скобках, характеризующее дорогу в
общем случае, называется коэффициентом
сопротивления дороги:
При
малых углах подъема (не превышающих
5°), характерных для большинства
автомобильных дорог с твердым покрытием,
коэффициент сопротивления дороги
Сила
сопротивления дороги в этом случае
Зная
силу сопротивления дороги, можно
определить мощность, кВт, необходимую
для его преодоления:
Рис.
3.17. Зависимости силы сопротивления
дороги Рд
и мощности Nд,
затрачиваемой
на его преодоление, от
скорости автомобиля
где
скорость автомобиля
выражена
в м/с, вес G
— в
Н, мощность Nд
— в кВт.
Зависимости
силы сопротивления дороги РД
и мощности
Nд,
затрачиваемой на его преодоление, от
скорости автомобиля
представлены
на рис. 3.17.
Сила сопротивления воздуха
При
движении действие силы сопротивления
воздуха обусловлено перемещением
частиц воздуха и их трением о поверхность
автомобиля. Если он движется при
отсутствии ветра, то сила сопротивления
воздуха, Н:
тогда
как при наличии ветра
где
kв
— коэффициент
сопротивления воздуха (коэффициент
обтекаемости), Н-с2/м4;
Fа
— лобовая
площадь автомобиля, м2;
—
скорость
автомобиля, м/с;
в
— скорость
ветра, м/с (знак «+» соответствует
встречному ветру, знак «-» — попутному).
Коэффициент
сопротивления воздуха, зависящий от
формы и качества поверхности автомобиля,
Рис.
3.18. Площади лобового сопротивления
легкового (а)
и
грузового(б)
автомобилей
Рис.
3.20. Зависимости силы сопротивления
разгону Рн
и
мощности
NИ,
необходимой для
преодоления этого сопротивления,
от скорости автомобиля
определяется
экспериментально при продувке в
аэродинамической трубе.
Коэффициент
сопротивления воздуха, Н-с2/м4,
составляет 0, 2. ..0,35 для легковых
автомобилей, 0, 35. ..0, 4 — для автобусов и
0, 6. ..0, 7 — для грузовых автомобилей. При
наличии прицепов сопротивление
воздуха увеличивается, так как возрастает
наружная поверхность трения и возникают
завихрения воздуха между
тягачомиприцепами.Приэтом45
каждый
прицеп вызывает увеличение коэффициента
kв
в среднем на 15…25 %.
Лобовая
площадь автомобиля зависит от его типа
(рис. 3.18). Ее приближенное значение, м2,
можно вычислить по следующим формулам:
— для
грузовых автомобилей и автобусов;
— для
легковых автомобилей,
где
B
— колея
колес автомобиля, м; На
— наибольшая
высота автомобиля, м; Ва
— наибольшая
ширина автомобиля, м.
Мощность, кВт,
затрачиваемая на преодоление сопротивления
воздуха:
—
отсутствии
ветра;
— при
наличии ветра.
Зависимости
силы сопротивления воздуха РB
и
мощности NВ,
необходимой для преодоления этого
сопротивления, от скорости автомобиля
v
приведены
на рис. 3.19.
studfile.net
3.11. Силы сопротивления движению и мощности, затрачиваемые на их преодоление
Силами
сопротивления называются силы,
препятствующие движению
автомобиля. Эти силы направлены против
его движения.
Рис.
3.12. Силы сопротивления движению
автомобиля
При
движении на подъеме, характеризуемом
высотой Нп,
длиной
проекции Вп
на
горизонтальную
плоскость и углом подъема
дороги α, на автомобиль действуют
следующие силы сопротивления (рис.
3.12): сила сопротивления
качению Рк,
равная
сумме
сил сопротивления качению
передних (Рк1)
и задних (Рк2)
колес,
сила сопротивления подъему
Рп,
сила
сопротивления воздуха
Рв
и
сила сопротивления разгону
Ри.
Силы
сопротивления качению
и подъему связаны с особенностями
дороги. Сумма этих сил называется силой
сопротивления дороги Рд.
Сила сопротивления качению
Возникновение
силы сопротивления качению при движении
обусловлено
потерями энергии на внутреннее трение
в шинах, поверхностное
трение шин о дорогу и образование колеи
(на деформируемых
дорогах).
О
потерях энергии на внутреннее трение
в шине можно судить по
рис. 3.13, на котором приведена зависимость
между вертикальной
нагрузкой на колесо и деформацией шины
— ее прогибом fш.
При
движении колеса по неровной поверхности
шина, испытывая
действие переменной нагрузки,
деформируется. Линия Оа,
которая
соответствует возрастанию нагрузки,
деформирующей шину,
не совпадает с линией аО,
отвечающей
снятию нагрузки. Площадь
области, заключенной между указанными
кривыми, характеризует
потери энергии на внутреннее трение
между отдельными
частями шины (протектор, каркас, слои
корда и др.).
Потери
энергии на трение в шине называются
гистерезисом, а линия
ОаО
—
петлей гистерезиса.
Потери
на трение в шине необратимы, так как при
деформации
она нагревается и из нее выделяется
теплота, которая рассеивается
в окружающую среду. Энергия, затрачиваемая
на деформацию
шины, не возвращается полностью при
последующем восстановлении
ее формы.
Сила
сопротивления качению Рк
достигает
наибольшего значения
при движении по горизонтальной дороге.
В этом случае
Рк
= f
G
,
где
G
— вес
автомобиля, Н; f
— коэффициент сопротивления качению.
Рис.
3.13. Потери энергии на внутреннее
трение в шине:
а
—
точка, соответствующая максимальным
значениям нагрузки и прогиба
шины
Рис.
3.14. Зависимости силы сопротивления
качению Рк
и
мощности Nк,
необходимой
для преодоления этого сопротивления,
от скорости автомобиля
При
движении на подъеме и спуске сила
сопротивления качению
уменьшается по сравнению с Рк
на
горизонтальной дороге, и
тем значительнее, чем они круче. Для
этого случая движения сила сопротивления
качению
Рк
= f
Gcosα
,
где
α
— угол подъема, °.
Зная силу
сопротивления качению, можно определить
мощность, кВт, затрачиваемую на
преодоление этого сопротивления:
Nк
=(v
f
Gcosα)/1000
,
где
v
—
скорость автомобиля, м/с.
Для
горизонтальной дороги cos
0° = 1 и
Nк
=(vPк)/1000
= (v
f
G)/1000
.
Зависимости
силы сопротивления качению Рк
и
мощности Nк
от
скорости автомобиля v
показаны
на рис. 3.14.
studfile.net
Силы сопротивления движению подвижного состава
Страница 1 из 10
Классификация сил сопротивления
Работа касательной силы тяги, создаваемой при взаимодействии движущихся колес локомотива с рельсами, преимущественно затрачивается на преодоление внешних сип, препятствующих движению поезда. Природа и причины возникновения, а также величина этих внешних сил различны. Многие внешние силы случайны, многие взаимосвязаны по физике явления. Неуправляемые внешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движения поезда и, следовательно, препятствующие его движению, называются действительными силами сопротивления движению.
В теории локомотивной тяги принято оценивать результирующую всех неуправляемых внешних сил сопротивления движению поезда. В соответствии с этим сопротивлением движению поезда называют эквивалентную силу, приложенную в зонах (точках) касания колес с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как на преодоление всех неуправляемых действительных сил, препятствующих движению.
Силы сопротивления движению подвижного состава принято обозначать буквой W (от немецкого слова der Wiederstand — сопротивление, противодействие).
Классификация сил сопротивления основана на их разделении по следующим признакам с соответствующими обозначениями.
Классификация сил сопротивления по отношению к весу подвижного состава:
- полное сопротивление — W, Н;
- удельное сопротивление — w, Н/кН.
Полное сопротивление W представляет собой сопротивление движению поезда или единицы подвижного состава в целом.
Удельное сопротивление w — сила сопротивления, в Н, движению каждой единицы веса поезда, в кН. Удельные силы сопротивления движению широко используются при выполнении тяговых расчетов.
Полное Wв Н, и удельное w в Н/кН, сопротивления взаимосвязаны:
или
где Р + Q — вес поезда, кН.
Классификация сил сопротивления по условиям эксплуатации:
- основное сопротивление — Wo, wo;
-дополнительные сопротивления — Wдоп, wдоп;
-добавочное сопротивление при трогании с места — Wтр;
- общее сопротивление — WK,wK.
За основное сопротивление принимают те силы, которые препятствуют движению подвижного состава по прямому горизонтальному пути на открытой местности при нормальных метеоусловиях с любой допустимой по безопасности движения скоростью.
Необходимо отметить, что в теории локомотивной тяги движение всех единиц подвижного состава, в том числе локомотивов, описывается одним и тем же уравнением движения повозки. Наличие на локомотивах тяговых электродвигателей и зубчатых тяговых передач, а также механических трансмиссий на тепловозах с гидропередачами делает основное сопротивление движению локомотивов отличным от вагонов. На величину основного сопротивления движению также существенное влияние оказывает режим работы локомотива в эксплуатации.
В этой связи дополнительно различают силы основного сопротивления в зависимости от режима работы локомотива (тягового режима или холостого хода):
- основное сопротивление движению поезда с локомотивом, работающим в режиме тяги, — Wо,wо;
- основное сопротивление движению поезда с локомотивом, работающим в режиме холостого хода, — Wox, wοχ.
Основная физическая природа основного сопротивления — силы механического трения.
Основное сопротивление всегда сопутствует движению подвижного состава; при любых условиях его эксплуатации величина Wo не может быть равна нулю.
Дополнительные сопротивления — временно действующие силы, возникающие в конкретных условиях эксплуатации подвижного состава, например при движении по уклону профиля пути, в кривой, в тоннелях и прочее.
Добавочное сопротивление возникает при трогании с места единиц подвижного состава. Это сопротивление ограничено по времени действия, его физическая природа и причины возникновения заметно отличаются от сил основного сопротивления. По этим и раду других причин добавочное сопротивление при выполнение тяговых расчетов учитывается отдельно.
Общее сопротивление движению подвижного состава представляет собой алгебраическую сумму основного, дополнительных и добавочного сопротивлений.
Классификация сил сопротивления по типу подвижного состава:
- сопротивление движению локомотива — вводится один штрих вверху — W’,w’;
- сопротивление движению состава (вагонов) — вводятся два штриха вверху — W», w»;
- сопротивление движению поезда — штрихи не применяются — W,w.
lokomo.ru
Сила сопротивления зависит от размеров и формы тела и скорости перемещения тела в среде, возникающая при его движении и затормаживает это движение. Сила сопротивления отличается от силы трения тем, что последняя рассматривает характер взаимодействия друг с другом твердых тел. Можно наблюдать, когда один элемент двигается по поверхности другого. Вектор силы сопротивления имеет направление противоположное движению.
Работа силы сопротивления видна на примере: при свободном падении листка с дерева на него действует сила сопротивления воздуха, которую можно сравнить с силой тяжести. В связи с этим, ускорение падающего листка будет не таким, как от ускорения свободного падения.
Аналогично с перемещением в жидкости, если тело погружается в воду плавно, то сопротивление воды будет меньше, чем при прыжке в нее.
Чему равна сила сопротивления
В числовом выражении общая сила сопротивления равна силе, которую следует приложить для равномерного передвижения тела по ровной горизонтальной поверхности. Определяется третьим законом Ньютона.
Формулы 1 — 3
Сила сопротивления прямо пропорциональна массе тела и вычисляется по формуле:
[F=mu * m * g]
где [boldsymbol{mu}] коэффициент материала изготовления опоры, выбирается по таблице;
g – постоянная величина равная 9,8 м/с2.
Для тел с небольшой скоростью сила сопротивления рассчитывается как произведение коэффициента сопротивления материала (a) и силы, провоцирующую движение предмета (v).
[F=v a]
где v — скорость движения предмета, a — коэффициент сопротивления среды.
При высоких скоростях или больших размеров предметов, силу сопротивления вычисляют пропорционально квадрату скорости.
[F=c v^{2}]
Зависимость силы от сопротивления определяется для каждой среды отдельно. Сила сопротивления среды растет, с ростом скорости движения предмета в среде.
От чего зависит сила сопротивления
На величину силы сопротивления влияют следующие факторы:
- особенности и плотность среды, например, у жидкости плотность выше, чем у газа;
- форма тела, у предметов с вытянутыми обтекаемыми вдоль движения формами сопротивление меньше, чем с расположенными перпендикулярно движению гранями;
- скорость движения.
В зависимости от воздействия на движущиеся предметы различают несколько типов силы сопротивления:
- Сила сопротивления качению [P_{f}]. Зависит от вида и состояния опорной поверхности, скорости перемещения, силы давления воздуха и прочее. Коэффициент сопротивлению качению f зависит типа и состояния опорной поверхности, его значение уменьшается, при повышении давления и температуры.
- Сила сопротивления воздуха [P_{B}] возникает при разных показателях давления. В аэродинамике называется лобовым сопротивлением. Показатель будет выше с ростом вихреобразования в передней и задней частях объекта движения. Величина вихреобразования зависит от формы передвигаемых предметов.
Понятие силы электрического сопротивления
Строение металлических проводников объясняет наличие сопротивления. Свободные электроны движутся по проводнику встречая ионы кристаллической решетки. При контакте с ними другие электроны теряют часть своей энергии. У проводников с отличающимся атомным строением будет разное сопротивление току. Поэтому чем выше сопротивление проводника, тем проводимость электрического тока будет меньше.
Формулы 4 — 5
Электрическое сопротивление в физике обозначают R, измеряется в Ом. Сопротивление равно 1 Ом, если на концах проводника возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока равной 1 Ампер.
Формула сопротивления силы тока:
[R=rho frac{l}{S}]
где l – длина проводника; S – площадь сечения; ρ – удельное сопротивление.
Сила электрического сопротивления зависит от материала проводника, его длины, формы и температуры. Удельное сопротивление отличается у различных материалов.
Удельное сопротивление [boldsymbol{(rho)}] — сопротивление проводника длиной 1м и обладающего площадью поперечного сечения [boldsymbol{1м^{2}}]. Обозначается в Ом*м. К примеру, удельное сопротивления меди [1,7 * 10^{-8} Oм * м], это значит, что у медного проводника длиной [1м^{2}] сопротивление равно [1,7 * 10^{-8} Ом].
Сопротивление проводника будет расти с увеличением температуры:
[rho=rho_{o}(1+alpha Delta T)]
где [boldsymbol{rho_{0}}] – обозначает удельное сопротивление при [T_{0}=293 mathrm{~K}left(20^{circ} mathrm{C}right), Delta T=T-T_{0}], α – температурный коэффициент сопротивления [left(K^{-1}right)].
При нагревании движение частиц материала возрастает и создает препятствия для направленного движения электродов. Количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки увеличивается.
Такое свойство применимо в термометрах сопротивления, измеряют температуру исходя из зависимости температуры и сопротивления с высокой точностью измерения.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Формула силы тока и сопротивление
Формула 6
Законом Ома для участка цепи называют взаимосвязь между силой тока (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) проводника на практике установлена Г. Омом.
[I=frac{U}{R}]
Материалы с низким удельным сопротивлением считаются проводниками, они эффективно проводят электрический ток. С высоким удельным сопротивлением – диэлектрики, их используют как изоляторы. Промежуточное положение занимают полупроводники.
Пример
Найти силу тока в проводнике длиной 100 мм, сечением 0,5 мм2 изготовленном из меди, если напряжение на его концах 6,8 В.
Решение:
Запишем формулу закона Ома и найдем сопротивление через силу тока : [I=frac{U}{R}]
Для определения силы тока I, нужно определить сопротивление R. С помощью формулы с удельным сопротивлением преобразуем формулу для закона Ома:
[begin{array}{r}
R=rho frac{l}{S} \
I=frac{U S}{rho l}
end{array}]
Подставляем значения в формулу:
[I=frac{6,8 * 0,5}{0,017 * 100}=2 mathrm{~A}]
Значение ρ для меди берется из таблиц.
Ответ: 2А
Как найти силу сопротивления движению
При любом движении между поверхностями тел или в среде, в которой оно движется, всегда возникают силы сопротивления. Их еще называют силами трения. Они могут зависеть от видов трущихся поверхностей, реакций опоры тела и его скорости, если тело движется в вязкой среде, например, воде или воздухе.
Вам понадобится
- — динамометр;
- — таблица коэффициентов трения;
- — калькулятор;
- — весы.
Инструкция
Найдите силу сопротивления движению, которая действует на равномерно прямолинейно движущееся тело. Для этого при помощи динамометра или другим способом измерьте силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось равномерно и прямолинейно. По третьему закону Ньютона она будет численно равна силе сопротивления движения тела.
Определите силу сопротивления движению тела, которое перемещается по горизонтальной поверхности. В этом случае сила трения прямо пропорциональна силе реакции опоры, которая, в свою очередь равна силе тяжести, действующей на тело. Поэтому сила сопротивления движению в этом случае или сила трения Fтр равна произведению массы тела m, которая измеряется весами в килограммах, на ускорение свободного падения g≈9,8 м/с² и коэффициент пропорциональности μ, Fтр=μ∙m∙g. Число μ называется коэффициентом трения и зависит от поверхностей, входящих в контакт при движении. Например, для трения стали по дереву этот коэффициент равен 0,5.
Рассчитайте силу сопротивления движению тела, движущегося по наклонной плоскости. Кроме коэффициента трения μ, массы тела m и ускорения свободного падения g, она зависит от угла наклона плоскости к горизонту α. Чтобы найти силу сопротивления движению в этом случае, нужно найти произведения коэффициента трения, массы тела, ускорения свободного падения и косинуса угла, под которым плоскость наклонена к горизонту Fтр=μ∙m∙g∙сos(α).
При движении тела в воздухе на невысоких скоростях сила сопротивления движению Fс прямо пропорциональна скорости движения тела v, Fc=α∙v. Коэффициент α зависит от свойств тела и вязкости среды и рассчитывается отдельно. При движении на высоких скоростях, например, при падении тела со значительной высоты или движении автомобиля, сила сопротивления прямо пропорциональна квадрату скорости Fc=β∙v². Коэффициент β дополнительно рассчитывается для высоких скоростей.
Источники:
- 1 Общая формула для силы сопротивления воздуха На рисунке
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Как найти силу сопротивления
При движении любого предмета по поверхности или в воздухе возникают силы, препятствующие этому. Их называют силами сопротивления или трения. В этой статье мы расскажем, как найти силу сопротивления, и рассмотрим факторы, влияющие на нее.
1
Для определения силы сопротивления необходимо воспользоваться третьим законом Ньютона. Эта величина численно равна силе, которую нужно приложить, чтобы заставить равномерно двигаться предмет по ровной горизонтальной поверхности. Это можно сделать при помощи динамометра.
2
Сила сопротивления вычисляется по формуле F=μ*m*g. Согласно этой формуле, искомая величина прямо пропорциональна массе тела. Стоит учесть, что для правильного подсчета необходимо выбрать μ – коэффициент, зависящий от материала, из которого изготовлена опора. Принимают во внимание и материал предмета. Этот коэффициент выбирается по таблице. Для расчета используется постоянная g, которая равна 9,8 м/с2.
3
Как рассчитать сопротивление, если тело движется не прямолинейно, а по наклонной плоскости? Для этого в первоначальную формулу нужно ввести cos угла. Именно от угла наклона зависит трение и сопротивление поверхности тел к движению. Формула для определения трения по наклонной плоскости будет иметь такой вид: F=μ*m*g*cos(α).
4
Если тело движется на высоте, то на него действует сила трения воздуха, которая зависит от скорости движения предмета. Искомую величину можно рассчитать по формуле F=v*α. Где v – скорость движения предмета, а α – коэффициент сопротивления среды. Эта формула подходит исключительно для тел, которые передвигаются с небольшой скоростью. Для определения силы сопротивления реактивных самолетов и других высокоскоростных агрегатов применяют другую – F=v2*β. Для расчета силы трения высокоскоростных тел используют квадрат скорости и коэффициент β, который рассчитывается для каждого предмета отдельно. При движении предмета в газе или жидкости при расчете силы трения необходимо учитывать плотность среды, а также массу и объем тела.
5
Сопротивление движению существенно снижает скорость поездов и автомобилей. Причем на движущие предметы действует два вида сил – постоянные и временные. Общая сила трения представлена суммой двух величин. Для снижения сопротивления и повышения скорости машины конструкторы и инженеры изобретают разнообразные материалы со скользящей поверхностью, от которой воздух отталкивается. Именно поэтому передняя часть скоростных поездов имеет обтекаемую форму. Рыбы очень быстро движутся в воде благодаря обтекаемому телу, покрытому слизью, которая снижает трение.
6
Не всегда сила сопротивления отрицательно сказывается на движении машин. Чтобы вытащить автомобиль из грязи, необходимо под колеса насыпать песок или щебень. Благодаря увеличению трения авто отлично справляется с болотистой почвой и грязью.
Сопротивление движения в воздухе используется во время прыжков с парашютом. В результате возникающего трения между куполом и воздухом скорость движения парашютиста снижается, что позволяет без ущерба для жизни заниматься парашютным спортом.