정지 된 차량을 움직이기 위해 필요한 당기는 힘
배경
트럭에서 여객기에 이르기까지 무거운 차량을 당기는 인간의 많은 예가 있습니다. 그 배후의 물리학을 연구 할 때 대부분의 결과는 차량이 바퀴를 탈 때 회전 저항이 감소한다는 것을 나타냅니다. 차량의 수직력에 아스팔트 타이어의 경우 약 0.02 인 구름 계수를 곱하기 때문에 주행 방향과 반대 인 수평 방향의 힘이 크게 감소합니다. 그러나 이것이 정적 마찰의 개념과 어떻게 비교되는지 혼란 스럽습니다. 내 현재 해석은 구름 저항은 차량이 이미 이동 중일 때만 적용되며 정지 상태에서 이동 상태로 이동하려면 정적 마찰을 극복해야한다는 것입니다. 그리고 정적 마찰은 1에 훨씬 더 가까운 계수를 가지므로 정적 마찰을 극복하기위한 초기 힘이 훨씬 더 높을까요?
문제 공식화
그래서, 질량의 차량이 있다고 가정 해 봅시다. $m$고무 바퀴에, 아스팔트에 고정되어 있습니다. 바퀴가 움직이는 방향으로 차량에 로프가 부착되어 있습니다. 자동차 내부 시스템의 마찰을 무시하고 자동차를 움직이기 위해 사람이 로프를 당기는 데 필요한 힘을 어떻게 계산합니까? 필요한 당기는 힘이 정적 마찰과 같습니까?$F_{pull}=\mu mg$? 그 후 차량을 일정한 속도로 유지하는 데 필요한 힘은 구름 저항과 같습니다.$F=cmg$? 또한 사람의 '당김 강도'가 차량을 움직이는 데 걸리는 시간을 계산하는 데 공통적 인 가치가 있습니까?
답변
분명히 정적 마찰과 구름 마찰 사이에는 차이가 있습니다. 토크가 적용될 때 휠 속도 를 제공 하려면 정적 마찰이 필요 합니다. 휠이 특정 속도에 도달하고 일정한 속도로 움직일 때 (토크가 더 이상 적용되지 않을 때), 이상적인 상황 (휠의 운동 에너지가 다른 에너지 형태로 변환되지 않는 경우)에서 휠은 더 이상 정적 마찰을 경험하지 않고 영원히 계속 굴러갑니다 (토크로 인한 가속 중에 만 느껴짐).
그러나 상황은 이상적이지 않습니다. 에너지 가 소산됩니다. 그리고 여기에서 구름 마찰이 작용합니다. 롤링 마찰 정적 마찰이처럼, 가속하지 휠을 유발하지만,에 드 휠을 cellerate. 토크는 두 경우 모두 반대 방향이지만 동일한 값을 갖지 않습니다.
휠 이동을 시작하려면 특정 한계에 도달 할 때까지 힘 (토크)을 적용 할 수 있습니다. 이 한계 이상의 값을 가진 힘 (토크)이 가해지면 휠은 운동 마찰을 경험합니다 (휠이 장착 된 표면과 마찰을 경험합니다. 처음에는 가속하는 Formula 1 경주 용 자동차의 연기를보십시오. 정적 마찰이 더 효율적이고 모든 드라이버는 전체 가스를 제공합니다).
토크가 더 이상 적용되지 않으면 휠이 감속합니다. 이것은 구름 마찰 에 의해 발생합니다 .
내 현재 해석은 구름 저항은 차량이 이미 움직일 때만 적용된다는 것입니다.
맞아요.
정지 상태에서 이동 상태로 전환하려면 정적 마찰을 극복해야합니다.
그것은 정확하지 않습니다. 구름 운동의 시작에 저항하는 작은 정적 마찰력이 있지만 일반적으로 차이를 만들기에는 너무 작습니다. 대신 정적 마찰은 타이어 표면과 도로 사이의 상대적인 움직임, 즉 미끄러짐이나 미끄러짐을 방지합니다. 정적 마찰의 힘은 바퀴가 미끄러지는 것을 방지하여 바퀴가 앞으로 굴러 갈 수 있도록합니다. 롤링 모션에 반대하지 않습니다.
그리고 정적 마찰은 1에 훨씬 더 가까운 계수를 가지므로 정적 마찰을 극복하기위한 초기 힘이 훨씬 더 높을까요?
무엇보다 하나에 더 가깝습니까? 구름 저항 계수를 의미한다면 예보다. 롤링 저항은 표면에서 일정한 속도로 롤링하는 것을 반대하는 힘입니다. Wikipedia에 따르면 대부분의 새 승용 타이어의 구름 저항은 0.007 ~ 0.14 범위이므로 일반적으로 정적 마찰 계수보다 훨씬 작습니다. 그러나 다시, 초기 당기는 힘은 정적 마찰을 극복 할 필요가 없습니다.
문제 공식화
자동차 내부 시스템의 마찰을 무시하고 자동차를 움직이기 위해 사람이 로프를 당기는 데 필요한 힘을 어떻게 계산합니까?
"차를 움직이는 것"은 차를 가속하는 것을 의미합니다. 자동차 가속에 필요한 당기는 힘은 뉴턴의 제 2 법칙에 따라 계산됩니다.
$$a=\frac{F}{m}$$
필요한 당기는 힘은 정적 마찰과 동일합니다. 즉 $F_{pull}=\mu mg$?
아니, $umg$가능한 최대 정적 마찰력입니다. 치료를 가속화하는 데 필요한 힘은 위에서 언급 한 뉴턴의 두 번째 법칙에 따릅니다.
그 후 차량을 일정한 속도로 유지하는 데 필요한 힘은 구름 저항과 같습니다. $F=cmg$?
맞습니다. $c$ 구름 저항 계수 (CRR)입니다.
또한 사람의 '당김 강도'가 차량을 움직이는 데 걸리는 시간을 계산하는 데 공통적 인 가치가 있습니까?
캐나다 산업 보건 및 안전 센터에 따르면 작업자가 단단한 구조에 대해 자신의 몸 (또는 발)을 지탱할 수있는 곳에서 최대 675N의 힘을 개발할 수 있습니다. 이것이 소형 1000kG 차량에 적용된다고 가정하면 $F=ma$ 최대 0.675m / s의 가속$^2$가능할 것입니다. 비교를 위해 5.9 초에 0 ~ 60mph로 가속하는 자동차의 가속도는 4.5m / s입니다.$^2$
도움이 되었기를 바랍니다.