Образование

Kvant. Сила тяги — PhysBook

Сила тяги

Рассмотренные выше внешние сопротивления движению танка преодолеваются силой тяги Р, которая создается за счет крутящего момента, подведенного к ведущим колесам от двигателя через трансмиссию.

Рассмотрим физическую природу силы тяги Р.

При своем вращении ведущие колеса стремятся переместить нижние ветви гусеничных цепей относительно грунта в сторону, обратную направлению движения танка. Но так как эти ветви гу­сениц прижаты к грунту силой веса танка G, то между траками опорной ветви и грунтом возникают силы трения и силы зацепле­ния грунтозацепов траков с почвой, препятствующие перемещению гусениц относительно грунта (рис. 48).

Сумма всех сил трения и зацепления, действующих на опорную поверхность двух гусеничных цепей в сторону движения танка, называется силой тяги (см. рис. 48). Иначе говоря, сила тяги — это сила, с которой грунт удерживает нижние ветви гусениц. Если возникшие между гусеницей и грунтом силы трения и зацепления окажутся недостаточными для удержания опорных ветвей гусениц, то верхний слой грунта будет сорван и гусеницы пробуксуют.


Следовательно, не всякую силу тяги может воспринять данный грунт. Та наибольшая сила, которая может быть приложена со сто­роны гусениц к грунту и воспринята последним без полного разру­шения, называется силой тяги по сцеплению Pсц. Она зависит от качества и состояния грунта, веса танка, конструкции трака (фор­мы и величины грунтозацепа), скорости движения и других факторов.

 

 

 

Для увеличения силы тяги по сцеплению на траках гусенич­ных цепей делают постоянные грунтозацепы, а при движении по грунтам с плохими сцепными качествами применяют шпоры, кото­рые дополнительно прикрепляются к тракам.

Опытным путем установлено, что силу тяги по сцеплению гусе­ниц с грунтом можно считать пропорциональной сцепному весу танка, то есть на горизонтальном участке

Pсц = φG,

а на подъеме

Pсц = φG cos α (12)

где φ—коэффициент пропорциональности, называемый коэффици­ентом сцепления. Численные значения этого коэффициента для различных грунтов приведены в табл. 4.

Из изложенного следует, что для движения танка необходимо, чтобы приложенная к гусеницам сила тяги была не больше силы тяги по сцеплению.


При равномерном движении на горизонтальном участке пути, а также и при движении на подъеме сила тяги является единствен­ной внешней силой, направленной по движению танка. Это сила возникает в результате приложения к ведущим колесам крутящего момента, который преобразовывается в толкающее усилие и пере­дается на корпус от натянутой задней ветви гусеницы через опо­ры ведущего колеса и детали подвески заднего опорного катка.

Если пренебречь потерями на трение в зацеплении ведущих ко­лес с гусеницами и в шарнирах траков задних ветвей гусениц, то можно считать, что сила тяги численно равна суммарному окруж­ному усилию на двух ведущих колесах:

(13)

где Мв.к — крутящий момент на двух ведущих колесах;

rв.к — радиус ведущего колеса.

Для оценки возможностей движения танка в разнообразных ус­ловиях удобно пользоваться понятиями:

Р — силы тяги, потребной для движения. Это та сила, которая должна быть приложена к корпусу танка для того, чтобы преодолеть все внешние сопротивления;

Рсц,—силы тяги по сцеплению. Это та сила, которая может быть воспринята данным грунтом без полного разрушения;

Рд — силы тяги по двигателю. Это та наибольшая сила, которую можно получить при определенных оборотах и пол­ной подаче топлива от двигателя и передать через трансмиссию и ходовую часть корпусу танка.


 

Условия движения танка

Потребная для движения танка сила тяги Р зависит от величин сопротивлений, действующих на танк, и определяется из уравнения движения танка.

Спроектировав все внешние силы, действующие на танк (см. рис. 47) при ускоренном прямолинейном движении (разгон) на подъеме без прицепа, и пренебрегая сопротивлением воздуха, по­лучим:

P = R + G sin α + F

Подставив значение силы R = fG cos α, найдем:

P = G(fcos α + sin α) + F (14)

или, в соответствии с формулой (11),

P = R0 + F

При равномерном движении, когда сила инерции F отсутствует,

P = R0.

Для равномерного или ускоренного движения танка необходимо, чтобы сила тяги по двигателю Рд была равна или была бы больше потребной силы тяги, то есть Рд≥Р, в противном случае обороты двигателя начнут падать и двигатель заглохнет.

Кроме того, потребная для движения сила тяги должна быть воспринята грунтом. Если грунт окажется не в состоянии воспри­нять приложенную к нему силу и его верхний слой будет срезан почвозацепами, то гусеницы будут пробуксовывать и танк не будет двигаться.

Таким образом, для движения танка необходимо соблюдать следующие два условия:

а) сила тяги по двигателю Рд должна быть не меньше потребной силы тяги, то есть Рд ≥ Р;

б) грунт должен быть способен воспринять эту силу тяги без полного разрушения, то есть сила тяги по сцеплению должна быть больше силы тяги, созданной двигателем для движения танка: Рсц > Рд.

Общее условие движения: Рсц > Рд ≥ Р.

 

Первый и второй законы Ньютона


Обратимся к законам Ньютона, которые хорошо описывают механическое движение тел. Из школьной программы мы знаем, что есть первый закон Ньютона, который описывает закон инерции. Он гласит, что любое тело, если на него не действуют силы, или если их равнодействующая равна нулю, движется прямолинейно и равномерно, или же находится в состоянии покоя. Это означает, что тело, пока на него ничто не действует, будет двигаться с постоянной скоростью v=const или пребывать в состоянии покоя сколько угодно долго, пока какое-то внешнее воздействие не выведет тело из этого состояния. Это и есть движение по инерции.

Надо сказать, что этот закон справедлив лишь в так называемых инерциальных системах отсчёта. В неинерциальных системах отсчёта этот закон не действует и нужно использовать второй закон Ньютона. В таких системах отсчёта тело тоже будет двигаться по инерции, но оно будет двигаться с ускорением, стремясь сохранять своё движение, т.е. на него также не будут действовать никакие внешние силы, кроме силы инерции, стремящейся двигать тело в том направлении, в каком оно двигалось до воздействия. Тут мы приходим к рассмотрению второго закона Ньютона, который также справедлив в инерциальных системах отсчёта, т. е. в таких системах отсчёта, в которых тело движется с постоянной скоростью либо находится в покое.


Этот закон утверждает, что для того, чтобы вывести тело из состояния покоя или равномерного движения, к нему необходимо приложить силу, равную F=m•a, где m — это масса тела, a — ускорение, сообщаемое телу. Зная эти законы, можно рассчитать силу тяги (двигателя автомобиля, ракетного двигателя или, например, лошади, тянущей нагруженную повозку).

Законы Ньютона

Примеры из жизни

Насколько вы сильны?

Рассмотрим простейший пример. Ваш ребёнок сел на санки и просит вас его покатать. С какой силой вам нужно тянуть эти санки, чтобы ребёнок остался доволен быстрой ездой ? Пока санки с ребёнком остаются в состоянии покоя, все силы, действующие на них, уравновешены. Состояние покоя — это частный случай инерции. Здесь на санки действуют две силы: тяжести Fт = m•g, направленная вертикально вниз, и нормального давления N, направленная вертикально вверх. Поскольку санки не движутся, то N – m•g = 0. Тогда из этого равенства следует, что N = m•g.

Когда вы решили покатать своего ребёнка, вы прикладываете силу тяги (Fтяги) к санкам с ребёнком. Когда вы начинаете тянуть санки, возникает сопротивление движению, вызванное силой трения (Fтр.), направленной в противоположную сторону. Это так называемая сила трения покоя. Когда тело не движется, она равна нулю. Стоит потянуть за санки — и появляется сила трения покоя, которая меняется от нуля до некоторого максимального значения (Fтр. max). Как только Fтяги превысит Fтр.max, санки с ребёнком придут в движение.


Чтобы найти Fтяги, применим второй закон Ньютона: Fтяги – Fтр.max = m•a, где a – ускорение, с которым вы тянете санки, m – масса санок с ребёнком. Допустим, вы разогнали санки до определённой скорости, которая не изменяется. Тогда a = 0 и вышеприведённое уравнение запишется в виде: Fтяги – Fтр. max = 0, или Fтяги = Fтр.max. Есть известный закон из физики, который устанавливает определённую зависимость для Fтр.max и N. Эта зависимость имеет вид: Fтр.max = fmax • N, где fmax – максимальный коэффициент трения покоя.

Если в эту формулу подставить выражение для N, то мы получим Fтр.max = fmax•m•g. Тогда формула искомой силы тяги примет вид: Fтяги = fmax•m•g = fск•m•g, где fск = fmax – коэффициент трения скольжения, g – ускорение свободного падения. Допустим, fск = 0,7, m = 30 кг, g = 9,81 м/с², тогда Fтяги = 0,7 • 30 кг • 9,81 м/с² = 206,01 Н (Ньютона).

Насколько силён ваш автомобиль?

Рассмотрим ещё пример. У вас есть автомобиль, мощность двигателя которого N. вы едете со скоростью v. Как в этом случае узнать силу тяги двигателя вашего автомобиля ? Поскольку скорость автомобиля не меняется, то Fтяги уравновешена силами трения качения, лобового сопротивления, трения в подшипниках и т. д. (первый закон Ньютона). По второму закону Ньютона она будет равна Fтяги = m•a. Чтобы её вычислить, достаточно знать массу автомобиля m и ускорение a.


Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v за какое-то время t, проехав расстояние s. Тогда Fтяги будет легко рассчитана по формуле: Fтяги = m•v/t. Как и в примере с санками, справедлива также такая формула: Fтяги = f•m•g, где f – коэффициент трения качения, который зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем меньше этот коэффициент).

Но что делать, если масса автомобиля m, коэффициент трения качения f и время разгона t неизвестны ? Тогда можно поступить по-другому. Двигатель вашего автомобиля при разгоне совершил работу A = Fтяги • s. Поскольку формула расстояния имеет вид s = v•t, то выражение для работы будет таким: A = Fтяги • v • t. Разделив обе части этого равенства на t, получим A/t = Fтяги • v. Но A/t = N – это мощность двигателя вашего автомобиля, поэтому N = Fтяги • v. Отсюда уже получим искомую формулу: Fтяги =N/v.

Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v = 180 км/ч, а мощность его двигателя N = 200 л. с. (лошадиных сил). Чтобы вычислить Fтяги двигателя, необходимо прежде перевести указанные единицы измерения в единицы СИ, т. е. международной системы измерения. Здесь 1 л. с. = 735,499 Вт, поэтому мощность двигателя составит N = 200 л. с. • 735,499 Вт/л. с. = 147099,8 Вт. Скорость в системе СИ будет равна v = 180 км/ч = 180 • 1000 м/3600 с = 50 м/с. Тогда искомое значение будет равно Fтяги = 147099,8 Вт/50 (м/с) = 2941,996 Н ~ 2,94 кН (килоньютона).


Около 3 килоньютонов. Много это или мало ? Допустим, вы жмёте 100 килограммовую штангу. Чтобы её поднять, вам нужно преодолеть её вес, равный P = m•g = 100 кг • 9,81 м/с² = 981 Н (ньютон)~0,98 кН. Полученное для автомобиля значение Fтяги больше веса штанги в 2,94/0,98 = 3 раза. Это равносильно тому, что вы будете поднимать штангу массой в 300 кг. Такова сила тяги двигателя вашего автомобиля (на скорости 180 км/ч).

Сила трения

Таким образом, зная школьный курс физики, мы можем с лёгкостью вычислить силу тяги:

  • человека,
  • лошади,
  • паровоза,
  • автомобиля,
  • космической ракеты и всех прочих видов техники.

Видео

В нашем видео вы найдете интересные опыты, поясняющие, что такое сила тяги и сила сопростивления.

По какой формуле найти силу тяги???

  1. 2 закон Ньютона.
    сила тяги + сила трения = масса*ускорение
    масса*ускорение=0,2*0,7= 0,14Н
    сила тяги = масса*ускорение — сила трения
    сила тяги = 0,14 — 0,06
    сила тяги = 0,08Н
  2. Нужно не минус 0,06 а плюс 0,06

  3. Формулы такой нет. Это выдержка из объяснения.
    Сила тяги . Вычислим силу тяги космического корабля, стартующего с Земли вертикально вверх. Движение корабля будем рассматривать в системе координат, связанной с Землй, причм эту систему принимаем за инерциальную.

    Пусть m секундный расход топлива, u скорость истечения газов из сопла двигателя относительно ракеты (относительно ракеты) , m gt; 0 и u gt; 0, (D — приращение, то есть «дельта».)

    Работающий двигатель как бы забирает у ракеты непрерывно, порция за порцией, горючее и, сжигая его в камере сгорания, выбрасывает, образуя реактивную струю.

    Пусть в некоторый момент времени двигатель забрал порцию горючего массой D m. Количество движения этой порции до сгорания направлено вверх и равно v D m, где v мгновенная скорость ракеты относительно Земли (абсолютная скорость) .

    За малый промежуток времени D t масса D m сгорает и выбрасывается из сопла двигателя с относительной скоростью u в направлении, противоположном движению ракеты, то есть скоростью v u относительно Земли. Вначале, при v lt; u, абсолютная скорость истечения газов отрицательна (направлена к Земле) , а позже, когда v gt; u, положительна (направлена от Земли) .

    После сгорания выбрасываемая масса обладает абсолютным количеством движения

    ( v u) D m,

    следовательно, за время приращения е количества движения составит:

    ( v u) D m v D m = u D m.

    В единицу времени изменение количества движения массы равно u D m / D t. Физически эта величина представляет собой силу F давления на струю, создаваемую работой реактивного двигателя. Учитывая, что D m / D t = m, получаем:


    F = m u. (1)

    Знак минус показывает, что сила F , действующая на образующуюся газовую струю, направлена к Земле.

    По третьему закону Ньютона при взаимодействии двигателя с выбрасываемой им струй последняя действует на двигатель ракеты в противоположную сторону с силой F = F , то есть

    F = m u (2)

    Е называют реактивной силой.

    Таким образом, при стационарном режиме работы реактивного двигателя сила тяги постоянна, направлена вверх (в сторону движения корабля) и равна произведению секундного расхода топлива на относительную скорость выбрасываемых газов.

    Зная реактивную силу, можно написать уравнение движения ракеты, которое без учта поля тяготения имеет вид:

    m D v / D t = m u, (3)

    где D v / D t ускорение ракеты. При наличии поля тяготения уравнение движения будет:

    m D v / D t = m u m g. (4)

    Внешнее силовое поле не изменяет величины создаваемой двигателем реактивной силы, так как последняя определяется лишь режимом работы самого двигателя ракеты, оно меняет только закон движения корабля.

    Интегрируя уравнение (3), К. Э. Циолковский впервые нашл, что скорость корабля в пространстве вне поля тяготения возрастает по логарифмическому закону:

    v = u ln (m0 / m), (5)

    где m0 начальная масса корабля, m его масса в произвольный момент.

  4. Fтяги. -Fтрен. =ma Fтрен. =цN ц= коэффицент трения
    Fтяги=ma+mgц
    Fтяги=m(a+gц)

    Находим ц по Fтрен. 0.06=ц0.2*10
    ц=0.03
    Fтяги=0.2(0.7+0.03*10)=0,2

  5. Решение.
    По второму закону Ньютона ускорение прямо пропорционально равнодействующей сил и обратно пропорционально массе тела. Найдм силу тяги : 0.2 кг *0.7+0.06=0.2
  6. решение будет таким (если кому-то еще интересно)
    Дано:
    m=200 г=0.2 кг
    а= 0.7 м/с2
    Fтр=0.06 Н
    Найти:
    F-?
    Решение:
    -Fтр + F = ma (2 закон Ньютона)
    -0.06+F=0.2 * 0.7
    F=0.2 * 0.7 + 0.06
    F= 0.2


Похожие посты

Правописание уменьшительно-ласкательных суффиксов | ychat-v-shkole.ru

Glavnii

Рассказы про созвездия звездного неба для детей и атлас-определитель звезд

Glavnii

Как правильно и где ставить ударение в словах: определение на примере слов включит, закупорить, снята и облилась

Glavnii
Adblock
detector