Колесо автомобіля буксує куди спрямована сила тертя. - "Як керувати автомобілем на слизькій дорозі". Електронна система стабілізації

Завдання з фізики – 5700

2017-12-15
Як спрямована сила тертя, що діє на провідні колеса автомобіля при розгоні (а), гальмуванні (б), повороті (в)? Чи дорівнює ця сила своєму максимальному значенню$\mu N$ ($\mu$ - коефіцієнт тертя, $N$ - сила реакції полотна дороги), і якщо так, то в яких ситуаціях? А у яких ситуаціях немає? Чи добре це, чи погано, якщо сила тертя досягає свого максимального значення? Чому? Який автомобіль може розвивати на дорозі велику потужність- Передньо-або задньопривідний - при однаковій потужності двигуна і чому? Вважати, що маса автомобіля розподілена рівномірно, та її центр тяжкості перебуває посередині.

Рішення:

Обговоримо спочатку питання ролі сили тертя у русі машини. Уявімо, що водій машини, що стоїть на гладкому-гладкому льоду(сила тертя між колесами та льодом відсутня), натискає на педаль газу. Що відбуватиметься? Зрозуміло, що машина їхати не буде: колеса обертатимуться, але пробуксовуватимуть щодо льоду - адже тертя немає. Причому це відбуватиметься незалежно від потужності двигуна. А це означає, що для того, щоб потужність двигуна використовувати, потрібне тертя – без нього машина не поїде.

Що ж відбувається, коли сила тертя є? Нехай спочатку вона дуже маленька, а водій стоїть машинизнову натискає на педаль газу? Колеса (мова зараз йде про провідні колеса автомобіля, допустимо це передні колеса) прослизають щодо поверхні (тертя - маленьке), обертаючись так, як показано на малюнку, але при цьому виникає сила тертя, що діє з боку дороги на колеса, спрямована вперед по ходу рух машини. Вона й штовхає машину вперед.

Якщо сила тертя велика, то при плавному натисканні на педаль газу колеса починають обертатися, і ніби відштовхуються від шорсткості дороги, використовуючи силу тертя, яка спрямована вперед. При цьому колеса не прослизають, а котяться дорогою, так що нижня точка колеса не переміщається щодо полотна. Іноді і за великого тертя колеса пробуксовують. Напевно, ви стикалися з ситуацією, коли якийсь «божевільний водій» так рушає при включенні зеленого сигналу світлофора, що колеса «верещать», а на дорозі залишається чорний слід через ковзання гуми по асфальту. Отже, у екстреної ситуації(при різкому гальмуванні або торканні з побуксовкою) колеса ковзають щодо дороги, у звичайних випадках (коли на дорозі не залишається чорного сліду від покришок, що стираються) колесо не ковзає, а тільки котиться по дорозі.

Отже, якщо машина їде рівномірно, то колеса не ковзають дорогою, а котяться нею так, що нижня точка колеса лежить (а не прослизає) щодо дороги. Як у цьому випадку спрямована сила тертя? Сказати, що протилежно швидкості машини - неправильно, адже кажучи так про силу тертя, мають на увазі випадок ковзання тіла щодо поверхні, а зараз у нас ковзання коліс щодо дороги немає. Сила тертя у разі може бути спрямована як завгодно, і ми самі визначаємо її напрям. І як це відбувається.

Уявімо, що немає жодних факторів, що перешкоджають руху машини. Тоді машина рухається за інерцією, колеса обертаються за інерцією, причому кутова швидкість обертання коліс пов'язана зі швидкістю руху машини. Встановимо цей зв'язок. Нехай колесо рухається зі швидкістю $v$ і обертається так, що нижня точка колеса не прослизає щодо дороги. Перейдемо в систему відліку, пов'язану із центром колеса. У ній колесо, як ціле, не рухається, а тільки обертається, а земля рухається назад зі швидкістю $v$. Але оскільки колесо не прослизає щодо землі, його нижня точка має таку ж швидкість як земля. Отже, і всі точки поверхні колеса обертаються щодо центру зі швидкістю $v$ і, отже, мають кутову швидкість $omega = v / R$, де R - радіус колеса. Переходячи тепер назад у систему відліку, пов'язану із землею, укладаємо, що за відсутності прослизання між нижньою точкою колеса і дорогою кутова швидкість колеса $\omega = v/R$, а всі точки поверхні мають різні швидкості щодо землі: наприклад, нижня точка - нульову, верхня $2v$ і т.д.

А нехай водій за такого руху машини натискає на педаль газу. Він змушує колесо обертатися швидше, ніж потрібно за даної швидкості машини. Колесо прагне прослизнути назад, виникає сила тертя, спрямована вперед, яка і розганяє машину (машина ніби відштовхується від шорсткості дороги, використовуючи силу тертя). Якщо водій натискає на гальмо педаль, колесо прагне обертатися повільніше, ніж потрібно при даній швидкості машини. Виникає сила тертя, спрямована назад, яка гальмує машину. Якщо водій повертає колеса машини, виникає сила тертя, спрямована у бік повороту, яка повертає машину. Таким чином, керування машиною – розгоном, гальмуванням, поворотом – засноване на правильному використанні сили тертя, причому, звичайно, переважна більшість водіїв про це навіть не здогадуються.

Відповімо тепер на запитання: чи ця сила дорівнює своєму максимальному значенню? Взагалі кажучи, ні, оскільки немає ковзання колеса щодо дороги, а сила тертя дорівнює максимальному значенню при ковзанні. У спокої сила тертя може приймати будь-які значення від нуля до максимального $mu N$, де $ mu $ - коефіцієнт тертя; $N$ - сила реакції опори. Тому якщо ми розганяємося (сила тертя спрямована вперед), але хочемо збільшити темп розгону, ми натискаємо сильніше на педаль газу, і збільшуємо силу тертя. Аналогічно, якщо ми гальмуємо (сила тертя спрямована назад), але хочемо збільшити ступінь гальмування, ми натискаємо сильніше на гальмо і збільшуємо силу тертя. Але ясно, що її можна збільшити і в тому, і в іншому випадку, якщо вона не була максимальною! Таким чином, для керування машиною сила тертя не повинна дорівнювати максимальному значенню, і цю різницю ми використовуємо для здійснення тих чи інших маневрів. І будь-який водій (навіть якщо він нічого не знає про силу тертя, а таких, звичайно, переважна більшість) інтуїтивно відчуває, чи має резерв сили тертя, «далеко» чи машина від пробуксовки, і чи є можливість їй керувати.

Проте є одна ситуація, коли сила тертя дорівнює своєму максимальному значенню. Ця ситуація називається заносом. Нехай водій різко загальмував на слизькій дорозі. Машина починає ковзати дорогою, цей стан руху і називається заносом. В цьому випадку сила тертя спрямована протилежно швидкості (назад) і дорівнює своєму максимальному значенню. Ця ситуація дуже небезпечна, адже машина АБСОЛЮТНО некерована. Ми не можемо повернути (хоч якось, хоч трохи), адже для повороту нам потрібна сила тертя, спрямована у бік повороту, а в нашому розпорядженні її немає – сила тертя максимальна і спрямована назад. Ми не можемо збільшити швидкість гальмування (неможливо збільшити силу тертя – вона і так максимальна), не можемо (навіть якби ми захотіли цього в такій ситуації) прискоритись. Ми не можемо нічого! Ситуація ускладнюється ще й тим, що в стані занесення машину ніхто не тримає на дорозі. Чому машина в звичайних умовах не з'їжджає в кювет, адже полотно дороги завжди робиться похилим до узбіччя, щоб стікала вода? Її тримає сила тертя, а от якщо машина ковзає (занесення) сила тертя спрямована протилежно швидкості і ніяк інакше. Тому будь-яке «бічне» обурення - похилість дороги, невеликий камінь під одним з коліс - можуть розвернути або скинути машину на узбіччя. Ніколи не допускайте заносу1.

Тепер порівняємо потужність, яку можуть розвивати на дорозі передньо- та задньопривідні автомобілі з однаковим мотором. Очевидно, що потужність, яку може розвивати автомобіль на дорозі, залежить не тільки від його двигуна, а й від того, як автомобіль використовує силу тертя. Дійсно, без сили тертя автомобіль стояв би на місці (з колесами, що обертаються) незалежно від потужності двигуна (що обертає ці колеса). Доведемо, що задньопривідні автомобілі потужніші за передньопривідні при однаковій потужності мотора і оцінимо відношення потужностей, які може розвивати двигун, розганяючи машину на дорозі (за умови, що потужність самого двигуна може бути дуже великою).

Розганяє автомобіль сила тертя, що діє на провідні колеса, а вона не може перевищувати значення $mu N$ ($N$ - сила реакції). Тому чим більше сила реакції, тим більших значень може досягти сила тертя, що розганяє (а натискання на педаль газу в ситуації, коли сила тертя досягла максимуму, приведе тільки до прослизання і до занесення, але не до збільшення потужності, яку розвиває двигун). Знайдемо сили реакції для задніх та передніх коліс машини. Сили, що діють на машину при розгоні, показані на малюнках (на правому – для задньопривідної, на лівому – для передньопривідної). На машину діють: сила тяжіння, сили реакції та сила тертя. Оскільки машина рухається поступально, сума моментів усіх сил щодо її центру ваги дорівнює нулю. Тому, якщо центр тяжіння машини знаходиться точно посередині машини, відстань між задніми та передніми колесами $l$, а висота центру тяжіння над дорогою $h$, умова рівності нулю суми моментів щодо центру тяжіння дає (за умови, що машина рухається, розвиваючи максимальну потужність на максимумі сили тертя):

передньопривідна машина

$N_(1) \frac(l)(2) = N_(2) \frac(l)(2) + F_(тр) h = N_(2) \frac(l)(2) + \mu N_( 2) h$, (1)

задньопривідна машина

$N_(1) \frac(l)(2) = N_(2) \frac(l)(2) + F_(тр) h = N_(2) \frac(l)(2) + \mu N_( 1) h$, (2)

де $ \ mu $ - Коефіцієнт тертя. Враховуючи, що й у тому й іншому випадку $N_(1) + N_(2) = mg$, з (1) знайдемо силу реакції для передніх коліс у разі передньопривідного автомобіля

$N_(2)^(пп) = \frac(mgl/2)(l + \mu h)$ (3)

та з (2) силу реакції задніх колісу разі заднього приводу

$N_(1)^(зп) = \frac(mgl/2)(l - \mu h)$ (4)

(тут (пп) та (зп) - передній та задній привід). Звідси знаходимо відношення сил тертя, що розганяють передньо- та задньопривідну машину, і, отже, відношення потужностей, які може розвивати на дорозі їх двигун

$\frac(P^((пп)))(P^(зп)) = frac(l - mu h)(l + \mu h)$. (5)

Для значень $l = 3 м, h = 0,5 м$ і $\mu = 0,5$ маємо (5)

$\frac(P^((пп)))(P^((зп))) = 0,85 $.

Всім механікам з юності пам'ятна картинка зі схемою руху автомобіля по кривій, коли його зовнішні колеса проходять більший шлях, ніж внутрішні. З її допомогою у багатьох підручниках для водіїв пояснюються призначення та принцип дії диференціалу. Часто все зводиться до того, що диференціал дозволяє провідним колесам обертатися з різними швидкостями і таким чином забезпечує нормальний рух автомобіля на поворотах.

Такі роз'яснення не те щоб зовсім неправильні, але надто спрощені та суті роботи диференціалу не розкривають. Звісно, ​​у серйозних книгах усе викладено правильно. Там сказано, що призначення міжколісного диференціалу на автомобілі полягає в розподілі моменту, що крутить, строго порівну між провідними колесами одного моста, а міжмостового диференціала - у розподілі крутного моменту між провідними мостами, - порівну або в оптимальній пропорції (несиметричний диференціал).

"Диференціал - це механізм, у якого провідні колеса обертаються незалежно один від одного".

Строго кажучи, вони обертаються «залежно», ну та гаразд, — щось схоже на правду сказано, а про інше ні слова, щоб не забивати голову людям без спеціальної підготовки.

Зеленін С.Ф., Молоков В.А. Підручник з влаштування автомобіля, М., «Русьавтокнига», 2000, 80 с. Тираж 15000 екз.

Цитата з цієї книги:

« Диференціал призначений для розподілу моменту, що крутить, між півосями провідних коліс при повороті автомобіля і при русі по нерівностях дороги. Диференціал дозволяє колесам обертатися з різною кутовою швидкістю та проходити неоднаковий шлях без прослизання щодо покриття дороги.

Іншими словами 100% крутного моменту, що приходить на диференціал, можуть розподілятися між провідними колесами як 50 х 50, так і в іншій пропорції (наприклад, 60 х 40). На жаль, пропорція може бути і 100 х 0. Це означає, що одне з коліс стоїть на місці (в ямі), а інше в цей час буксує (за сирою землею, глиною, снігом).

Що поробиш! Ніщо не буває абсолютно правильним і ідеальним, зате дана конструкція дозволяє автомобілю повертати без занесення, а водієві не міняти щодня зношені шини.

Мал. 38 Головна передача з диференціалом

1 - півосі; 2 - ведена шестерня; 3 - провідна шестерня; 4 - шестерні півосей; 5 - шестерні-сателіти

Це вже не спрощення, а просто введення в оману читачів. Тут, крім другої пропозиції та ілюстрації, все неправда (у першому реченні потрібно вставити слово «порівну», а точку поставити після слова «колес» тощо).

Тільки одного разу в підручнику для профтехосвіти мені довелося зустріти правильне і при цьому просте і наочне пояснення суті диференціалу. Було це давно і пам'ятаю лише, що то був підручник для водіїв зернових комбайнів.

Там читачеві пропонувалося уявити, що дві напівосьові конічні шестірні «розгорнуті» у дві зубчасті рейки, ці рейки лежать на уявному столі, а між ними поміщений сателіт у вигляді прямозубої шестірні. Виглядає це приблизно так:

Пояснення суті роботи диференціала грунтується з його конструкції і третьому законі Ньютона, який свідчить: сила дії дорівнює за модулем і протилежна за напрямом силі протидії. На наступному малюнку показано силову взаємодію сателіту з рейками, коли рушійна сила Д прикладена до осі сателіту і цей сателіт штовхає обидві рейки по столу, причому сили опору руху лівої та правої рейок С лев і С прав однакові (сили тертя рейок об поверхню уявного столу) і кожна з них дорівнює половині загальної сили опору С. Сили з боку сателіту передаються на рейки в точках зачеплення зубів сателіту із зубами рейок. Завдяки рівності сил опору руху С лев і С прав, рівні між собою і рушійні сили на зубах сателіту, кожна з яких дорівнює половині рушійної сили Д. Оскільки рівні сили прикладені до двох зубів сателіту, що знаходяться на рівних відстанях від його осі, рівноваги і не обертається. Тому всі три деталі рухаються прямолінійно в один бік і з рівними швидкостями, а саме з тією швидкістю, якою рухається вісь сателіту і яка задана двигуном.

Ця ситуація відповідає руху автомобіля по дорозі з хорошим зчепленням з дорогою.

Тепер уявімо, що при своєму русі по столу, ліва рейка «наїхала» на пляму олії. При цьому сила опору її руху (сила тертя об стіл) зменшилася, а сила опору руху правої рейки залишилася незмінною. На якийсь момент рівновага сил на зубах сателіта порушується: навантаження на лівий зуб стає менше навантаження, що діє на його правий зуб. Інакше кажучи, сателіту полегшало штовхати ліву рейку, ніж праву. Тому він починає обертатися за годинниковою стрілкою, як показано на наступному малюнку.

Завдяки обертанню сателіту рух правої рейки сповільнюється, а ліва рейка, навпаки, прискорюється. Потім права рейка повністю зупиняється, а сателіт продовжує обертатись. Його вісь продовжує рухатися з тією самою швидкістю, що й раніше, оскільки ця швидкість задана двигуном. Але оскільки права рейка стоїть, сателіт, що обертається, обкатується по ній. У момент, показаний малюнку правий зуб сателіту стоїть місці, оскільки «впирається» в зуб нерухомої рейки. Але протилежний, лівий зуб сателіта рухається вдвічі швидше, ніж вісь самого сателіту. Все це відповідає ситуації, коли одне з провідних коліс автомобіля, що повільно рухається, наїжджає, наприклад, на велику пляму льоду, а друга залишається на сухому покритті з хорошим зчепленням. Тобто машина зупиняється і колесо, що знаходиться на льоду, буксує, обертаючись у два рази швидше, ніж коли обидва колеса котилися з однаковою швидкістю.

Строго кажучи, про порушення рівноваги сил на зубах сателіту вище сказано некоректно і тільки тому, що, як на мене, так простіше зрозуміти те, що відбувається. Насправді рівновага сил зберігається завжди, тільки для його розгляду потрібно ще враховувати сили, що викликають прискорення лівої рейки та уповільнення правої. Ці сили, що не розглядаються нами, зникають з моменту повної зупинки правої рейки. У цей момент подвоєна швидкість руху лівої рейки стає постійної. І тоді ситуація повністю відповідає наступному малюнку.

Тут рівновага сил відновилася, точніше — зникли динамічні силові складові (ті, що викликали прискорення однієї рейки та уповільнення іншої). Права рейка стоїть, сателіт обертається, а ліва рейка рухається рівномірно з подвоєною швидкістю. Дуже важливо відзначити, що рівновага сил перейшла на новий рівень. Тепер рівні сили на лівому та правому зубах сателіту стали істотно меншими за колишні. У силу третього закону Ньютона ці сили не можуть перевищити рушійну силу, яку можна прикласти до рейки, що знаходиться на плямі олії, або колеса, що знаходиться на плямі льоду. Іншими словами, якщо одне колесо стоїть на сухій дорозі, а протилежне буксує на льоду або в бруді, це зовсім не означає, що 100% моменту, що крутить, передається від двигуна на буксуюче колесо, як сказано в згаданій вище книзі. Цей момент завжди і в усіх умовах ділиться диференціалом порівну між колесами, але він не може бути більшим, ніж дозволяє зчеплення одного з коліс з дорогою, причому саме того колеса, у якого це зчеплення менше.

Тільки якщо в цих умовах заблокувати диференціал, тобто вимкнути його з роботи, тим чи іншим способом жорстко з'єднавши між собою півосі, можна передати на колесо, що стоїть на сухій дорозі, переважну частину моменту, що крутить, який може розвинути двигун. При цьому буксування припиниться, обидва колеса обертатимуться з однаковою швидкістю, але переважну частину сумарної сили тяги забезпечуватиме лише одне з цих коліс.

Мені здається, що за допомогою моделі із зубчастими рейками можна наочно пояснити й інші режими роботи міжколісного диференціала. Наприклад, ситуацію, що іноді виникає при гальмуванні двигуном. Припустимо, що автомобіль рухається під ухил на сухій дорозі з плямами льоду. Водій гальмує двигуном. І тут рушійна сила, це сила інерції маси машини. А сила опору руху це сила, прикладена до осей сателітів диференціала з боку двигуна. Одне з коліс наїжджає на пляму льоду. Сила зчеплення цього колеса з дорогою різко зменшується, і воно починає обертатися у зворотний бік. Тут відбувається те саме, що станеться з рейками, якщо вісь сателіту зробити нерухомою, але залишити йому свободу обертання навколо цієї осі, тобто імітувати ситуацію, коли вісь сателіту гальмується або утримується двигуном. Якщо тепер посунути вперед одну із зубчастих рейок, то сателіт почне обертатися і змусить другу рейку рухатися назад. Тут рейка, що рухається вперед, відповідає колесу на сухій дорозі, а рейка, що рухається назад, - колесу, що знаходиться на льоду і обертається у зворотний бік. На мій погляд, обертання колеса, що буксує, у зворотний бік дуже наочно демонструє «прагнення» диференціала виконати своє призначення і вирівняти сили на двох колесах провідного мосту. У разі це сили гальмування. Завдяки їх вирівнюю виключається або сильно знижується ймовірність занесення автомобіля при такому режимі гальмування.

Можна розглядати ще багато ситуацій, що виникають під час роботи диференціала. Але вважаю, що й сказаного достатньо, щоб переконатися: міжколісний диференціал завжди ділитьодержуваний від двигуна крутний момент порівнуміж двома колесами одного провідного моста

А тепер повернемося до згаданої на самому початку картинки з автомобілем, що рухається кривою. Якщо автомобіль задньопривідний, то два задніх колеса, що отримують однаковий крутний момент, перетворять ці крутні моменти в дві однакові сили тяги (якщо шини коліс мають однаковий діаметр, однаковий тиск накачування і несуть однакові частини ваги автомобіля). А дві однакові сили тяги прагнуть штовхати автомобіль прямою. Саме тому водію при проходженні повороту доводиться твердо утримувати. рульове колесо. Строго кажучи, диференціал на такому автомобілі не так допомагає, як заважає проходженню повороту. Зате він прямо сприяє стійкості руху по прямій (разом із кутами встановлення передніх коліс).

У передньопривідного автомобіля ситуація дещо інша. Тут сили тяги також однакові на двох колесах, але вони «повертаються» разом з колесами, що повертаються. Тому, наприклад, передньопривідній машині легше вийти з глибокої слизької колії: повернені передні провідні колеса активно тягнуть куди треба. А у задньопривідного, задні провідні колеса активно штовхають машину вздовж колії.

Тут розглянута лише мала частина того, що варто було б водіям знати про роботу диференціала і на це знадобилося багато слів і картинок. Так може бути праві ті, хто обмежується горезвісною картинкою з різним пробігом у різних колісна повороті? Може бути. Але вважаю, що слід, якщо й не вдаватися до роз'яснень, то хоча б просто написати, для чого дійсно призначений цей механізм. А хто захоче дійти до суті, знайде де про це почитати. І зовсім ні до чого пропагувати власне неправильне розуміння цієї суті.

Зміни напряму руху будь-якого тіла можна досягти лише додатком до нього зовнішніх сил. При русі транспортного засобуна нього діє безліч сил, при цьому шини виконують важливі функції: кожна зміна напрямку або швидкості руху транспортного засобу викликає появу в шині сил, що діють.

Шина – це елемент зв'язку між транспортним засобом та проїжджою частиною. Саме на місці контакту шини з дорогою вирішується головне питання безпеки руху транспортного засобу. Через шину передаються всі сили та моменти, що виникають при розгоні та гальмуванні автомобіля, при зміні напряму його руху.

Шина сприймає дії бічних сил, утримуючи автомобіль на вибраній водієм траєкторії руху. Тому фізичні умови зчеплення шини з поверхнею дороги визначають межі динамічних навантажень, які діють транспортний засіб.

Мал. 01: Посадка безкамерної шинина обід;
1. Обід; 2. Подкат (Хамп) лежить на поверхні посадки борту шини; 3. Борт обода; 4. Каркас шини; 5. повітронепроникний внутрішній шар; 6. Брекерний пояс; 7. Протектор; 8. Боковина шини; 9. Борт шини; 10. Сердечник борту; 11. Вентиль

Вирішальні критерії оцінки:
-Забезпечення стійкого прямолінійного руху при дії на автомобіль бічних сил
-Забезпечення стійкого руху на поворотах Забезпечення зчеплення на різних поверхнях проїжджої частини Забезпечення зчеплення з дорогою за різних погодних умов
-Забезпечення гарної керованості автомобіля Забезпечення комфортних умовруху (гасіння коливань, забезпечення плавності ходу, мінімальна шумність кочення)
-Міцність, зносостійкість, високий термін служби
-Невисока ціна
-Мінімальний ризик пошкодження шини при її пробуксуванні

Прослизання шини

Прослизання шини або її буксування відбувається з різниці між теоретичною швидкістю руху, обумовленою обертанням колеса, і дійсною швидкістю руху, що забезпечується силами зчеплення колеса з дорогою

За допомогою наведеного прикладу можна пояснити це твердження: нехай довжина кола по зовнішній біговій поверхні шини легкового автомобілястановить близько 1,5 м. Якщо при русі автомобіля колесо повертається навколо осі обертання 10 разів, то пройдений автомобілем шлях повинен становити 15 м. Якщо ж відбувається прослизання шини, то пройдений автомобілем шлях стає коротшим Закон інерції Кожне фізичне тіло прагне або зберігати стан спокою або зберігати стан прямолінійного руху.

Щоб вивести фізичне тіло зі стану спокою або відхилити його від прямолінійного руху до тіла, повинна бути прикладена зовнішня сила. Зміна швидкості руху, як під час розгону автомобіля, так і при гальмуванні вимагатиме відповідного застосування зовнішніх сил. Якщо водій намагається гальмувати на повороті на покритій льодом поверхні дороги, автомобіль прагнутиме рухатися прямо без явно вираженого прагнення змінити швидкість руху, при цьому реакція на поворот рульового колеса буде занадто млявою.

На зледенілій поверхні через колеса автомобіля може передаватися лише маленькі сили гальмування та бічні зусилля, тому керування автомобілем на слизькій дорозі є непростим завданням. Моменти сил При обертальному русі на тіло діють чи впливають моменти сил.

У режимі руху колеса обертаються навколо осей, долаючи моменти інерції спокою. Момент інерції коліс зростає зі збільшенням швидкості його обертання і водночас швидкістю руху автомобіля. Якщо транспортний засіб знаходиться однією стороною на слизькій проїжджій частині (наприклад, обмерзлій поверхні дороги), а інша сторона на дорозі з нормальним коефіцієнтом зчеплення (неоднорідний коефіцієнт зчеплення μ), то при гальмуванні автомобіль отримує обертальний рух навколо вертикальної осі. Цей обертальний рух називають моментом рискання

Розподіл сил поряд із вагою тіла (силою тяжіння) на автомобіль діють різні зовнішні сили, величина та напрямок яких залежить від режиму та напрямку руху транспортного засобу. При цьому йдеться про такі параметри:

 Силах, що діють у поздовжньому напрямку (наприклад, силі тяги, силі опору повітря або силі тертя кочення)

 Силах, що діють у поперечному напрямку, (наприклад, зусилля, що додається до керованих колес автомобіля, відцентрової сили при русі на повороті, або силі дії бокового вітру або силі, що виникає під час руху на косо-горі).

Ці сили прийнято позначати як сили бічного відведення автомобіля. Сили, що діють у поздовжньому або поперечному напрямку, передаються на шини, і через них на проїжджу частину дороги у вертикальному або горизонтальному напрямку, викликаючи деформацію шини в подовжньому або поперечному напрямку.

Мал. 04: Горизонтальна проекція кута бічного відведення α та вплив бокового зусилля Fs; vn = Швидкість у напрямку бокового відведення vx = Швидкість у поздовжньому напрямку Fs, Fy = Бічні зусилля α = Кут бокового відведення

Ці сили передаються на корпус автомобіля через:
 шасі автомобіля (так звані вітрові сили)
 органи управління (кермова сила)
 двигун та агрегати трансмісії (рушійна сила)
 гальмівні механізми (гальмівні сили)
У протилежному напрямку ці сили діють з боку дорожньої поверхні на шини, передаючись на транспортний засіб. Це пов'язано з тим, що: будь-яка сила викликає протидію

Мал. 05: Швидкість колеса vx в подовжньому напрямку, гальмівна сила FB і гальмівний момент MB; vx = Швидкість колеса у поздовжньому напрямку FN = Вертикальна сила (нормальна реакція опори) FB = Гальмівна сила
MB = Гальмівний момент

Для забезпечення руху тягова сила, що передається на колесо за допомогою крутного моменту, створюваного двигуном, повинна перевершувати всі зовнішні сили опору (поздовжні та поперечні сили), які виникають, наприклад, під час руху автомобіля по дорозі з поперечним ухилом.

Для оцінки динаміки руху, а також стійкості руху транспортного засобу повинні бути відомі сили, що діють між шиною та дорожнім полотном у так званій плямі контакту шини з дорогою. Зовнішні сили, які у майданчику зіткнення шини з дорогою, передаються через колесо на транспортний засіб. Зі збільшенням практики водіння водій все краще та краще вчиться реагувати на ці сили.

У міру набуття досвіду водіння, у водія все виразніше виникають відчуття сил шини, що діють у плямі, з дорогою. Величина та напрямок зовнішніх сил залежить від інтенсивності розгону та гальмування автомобіля, при дії бічних сил від вітру, або під час руху по дорозі з поперечним ухилом. Осібно стоїть досвід водіння по слизьких дорогах, коли надмірна дія на органи управління можуть зірвати шини автомобіля в ковзання.

Але найголовніше те, що водій навчається правильним і дозованим діям органами управління, які перешкоджають виникненню некерованого руху. Невмілі дії водія при високій потужності двигуна особливо небезпечні, оскільки сили, що діють у плямі контакту, можуть перевищити допустиму межу зі зчеплення, що може викликати занесення автомобіля або повну втрату керованості, і підвищує знос шин.

Сили у плямі контакту шини з дорогою Тільки строго дозовані сили у плямі контакту колеса з дорогою здатні забезпечити відповідну бажанню водія швидкість та зміну напрямку руху. Сумарна сила в плямі контакту шини з дорогою складається з наступних складових її сил:

Відносна сила, спрямована по колу шини Дотикова сила Fμ виникає в результаті передачі крутного моменту приводним механізмом або при гальмуванні автомобіля. Вона діє в поздовжньому напрямку на поверхню дороги (поздовжня сила) і дає можливість водієві зробити розгін при дії на педаль газу або забезпечити уповільнення руху при дії його на педаль гальма.

Вертикальна сила (нормальна реакція опори) Вертикальна сила між шиною та поверхнею дороги позначається як радіально спрямована сила або як нормальна реакція опори FN. Вертикальна сила між шиною та поверхнею дороги присутня завжди, як під час руху транспортного засобу, так і за його нерухомості. Вертикальна сила, що діє на опорну поверхню, визначається частиною ваги автомобіля, що припадає на це колесо плюс додаткова вертикальна сила, що виникає в результаті перерозподілу ваги при розгоні, гальмуванні або русі в повороті.

Вертикальна сила збільшується або зменшується під час руху автомобіля на підйом або під ухил, при цьому збільшення або зменшення вертикальної сили залежить від напрямку руху автомобіля. Нормальна реакція опори визначається за нерухомого становища транспортного засобу, встановленого на горизонтальній поверхні.

Додаткові сили можуть збільшити чи зменшити значення вертикальної сили між колесом та поверхнею дороги (нормальної реакції опори). Так при русі на повороті додаткова сила зменшує вертикальну складову на внутрішніх до центру повороту колесах і збільшує вертикальну складову на колесах зовнішньої сторони транспортного засобу.

Майданчик контакту шини з поверхнею дороги деформується вертикальною силою, що додається до колеса. Оскільки боковини шини піддаються відповідної деформації, вертикальна сила не може розподілятися рівномірно по всій площі плями контакту, а виникає трапецеподібний розподіл тиску шини на опорну поверхню. Боковини шини приймають він зовнішні сили, і шина деформується залежно від величини і напрями зовнішнього навантаження.

Бічна сила

Бічні сили впливають на колесо, наприклад, при дії бокового вітру, або при русі автомобіля на повороті. Керовані колеса автомобіля, що рухається, при їх відхиленні від прямолінійного положення також піддаються дії бічної сили. Бічні сили викликає вимір напряму руху транспортного засобу.

319. Навіщо в ожеледицю тротуари посипають піском?
320. Навіщо взимку задні колесадеяких вантажних автомобілівперев'язують ланцюгами?
321. Для чого при спуску воза з гори одне колесо віза іноді закріплюють так, щоб воно не оберталося?
322. Навіщо на шинах автомашин колісних тракторів роблять глибокий рельєфний малюнок (протектор)?
323. Навіщо восени біля трамвайних ліній, що проходять еколо парків, бульварів та садів, вивішується попереджувальний знак «Обережно, листопад!»?
324. Чому після дощу ґрунтова дорога слизька?
325. Чому після дощу небезпечно з'їжджати автомобілем по ґрунтовій дорозіпід ухил?

Мал. 79

326. Навіщо деякі майстри змащують милом шуруп і вінчуванням його в деталі, що скріплюються?
327. Навіщо стапеля, якими судно спускають, рясно змащують?
328. Навіщо робиться насічка біля капелюшка цвяха?
329. Назвіть одну-дві деталі велосипеда, виготовлені з урахуванням збільшення сили тертя ковзання.
330. Який вид тертя виникає під час руху каранда-н випадках, зазначених малюнку 78? Куди спрямована сила тертя по відношенню до олівця у випадку а, у випадку б-щодо книги?
331. Візок з вантажем рухається (рис. 79). Який вид іія виникає між: а) столом та колесами; б) вантажем ккой; в) осями коліс та корпусом візка?
332. Чому цегла не скочується вниз (мал. 80 і 81)? i сила утримує їх у стані спокою? Зобразіть діючі на цеглу.
333. Брусок рухають праворуч (рис. 82). Куди направлено i тертя ковзання по відношенню до бруска; Що стосується поверхні, якою рухається брусок?
334. Сходи біля стіни займають положення, зображені на малюнку 83. Вкажіть напрям сили тертя в місці зіткнення сходів зі стіною та підлогою.

Мал. 80

Мал. 81

Мал. 82

Мал. 83

Мал. 84

Мал. 85

Мал. 86

335. Брусок рухається рівномірно (рис. 84). Куди спрямовано: а) силу пружності горизонтальної частини нитки; б) вертикальною; в) сила тертя ковзання щодо поверхні столу, щодо бруска; г) чому дорівнює рівнодіюча цих сил?
336. Колесо автомобіля буксує (рис. 85). Куди спрямована сила тертя ковзання між колесом, що буксує, і дорогою щодо: а) колеса; б) дороги? Куди спрямовано силу пружності дороги?
337. Книга притиснута до вертикальної поверхні (рис. 86). Зобразіть графічно напрями сил тяжіння та тертя спокою, що діють на книгу.
338. Візок рівномірно рухається вправо (див. рис. 79). Яка сила надає руху вантажу, поставленому на неї? Куди спрямовано цю силу?
339. На транспортері рівномірно рухається ящик із вантажем (без ковзання). Куди спрямована сила тертя спокою між стрічкою транспортера та ящиком, коли ящик: а) піднімається; б) рухається горизонтально; в) опускається?

Мал. 87

340. Якщо автобус рівномірно рухається по горизонгальній ділянці шляху, чому дорівнює сила тертя спокою?
341. Парашутист, маса якого 70 кг, рівномірно опускається. Чому дорівнює сила опору повітря, що діють на парашутиста?
342. За допомогою динамометра рівномірно переміщають г'сок (див. рис. 82). Чому дорівнює сила тертя ковзання між бруском та поверхнею столу? (ціна поділу динамометра 1 Н.)
343. Зуби пили розводять у різні боки від площини пили. На малюнку 87 показані пропили, зроблені нерозведеною та розведеною пилками. Який пилкою важче пиляти: розведеною чи нерозведеною? Чому?
344. Наведіть приклади, коли тертя приносить користь і коли шкода.

Попередня 1 .. 10 > .. >> Наступна
333. Брусок рухають праворуч (рис. 82). Куди спрямовано силу тертя ковзання?
334. Сходи біля стіни займають положення, зображені на малюнку 83. Вкажіть напрям сили тертя в місцях зіткнення сходів зі стіною та підлогою.
335. Брусок рухається рівномірно (рис. 84). Куди спрямовані сила пружності нитки та сила тертя ковзання, що виникає під час руху бруска по поверхні столу? Чому дорівнює рівнодія цих сил?
336. Колесо автомобіля буксує (рис. 85). Куди спрямована сила тертя ковзання між колесом, що буксує, і дорогою? сила тертя спокою (пружності дороги)?
Мал. 86
Мал. 87
837. Книга притиснута до вертикальної поверхні (рис. 86). Зобразіть графічно напрями сил тяжіння та тертя спокою, що діють на книгу.
338. Візок рівномірно рухається (див. рис. 79). Яка сила надає руху вантажу, що лежить на візку? Куди вона спрямована?
339. На транспортері рухається ящик із вантажем (без ковзання). Куди спрямована сила тертя спокою між стрічкою транспортера та скринькою?
340. Якщо автобус рівномірно рухається горизонтальним шляхом, чому дорівнює сила тертя спокою?
341. Парашутист, маса якого 70 кг, рівномірно рухається. Чому дорівнює сила опору повітря, що діє на парашут?
342. За допомогою динамометра рівномірно переміщують брусок (див. мал. 82). Чому дорівнює сила тертя ковзання між бруском та поверхнею столу? (ціна поділу динамометра 1 Н.)
343. Зуби пили розводять у різні боки від площини пили. На малюнку 87 показані пропили, зроблені нерозведеною та розведеною пилками. Який пилкою важче пиляти: розведеною чи нерозведеною? Чому?
344. Наведіть приклади, коли тертя корисне і коли воно шкодить.
17. ТИСК1
345. Два тіла рівної ваги поставлені на стіл так, як показано на малюнку 88 (ліворуч). Чи однаковий тиск вони роблять на стіл? Якщо ці тіла поставити на чашки терезів, то чи порушиться рівновага терезів?
346. Чи однаковий тиск чинимо ми на олівець, заточуючи його тупим і гострим ножем, якщо докладене зусилля одне й те саме?
1 При розрахунках приймати g=10 Н/кг.
37
347. Переміщуючи однаковий вантаж (рис. 89), хлопчики в першому випадку прикладають більшу силу, ніж у другому. Чому? У якому разі тиск вантажу на підлогу більший? Чому?
348. Навіщо у лопати верхній край, на який натискають ногою, вигнутий?
349. Для чого у косарки, соломорізки та інших сільськогосподарських машин ріжучі частини мають бути гостро відточені?
350. Навіщо для проїзду по болотистих місцях роблять підлогу з хмизу, колод чи дощок?
351. Коли болтом скріплюють дерев'яні бруски, під гайку і головку болта підкладають широкі металеві плоскі кільця - шайби (рис. 90). Навіщо це роблять?
352. Навіщо при витягуванні цвяхів з дошки підкладають під кліщі залізну смужку чи дощечку?
353. Поясніть призначення наперстка, що одягається на палець під час шиття голкою.
354. В одних випадках тиск намагаються зменшити, а в інших – збільшити. Наведіть приклади, де в техніці чи побуті зменшують, а де збільшують тиск.
355. На малюнку 91 зображено цеглу у трьох положеннях. За якого положення цегли тиск на дошку буде найменшим? найбільшим?
Мал. 89
Мал. 91
Мал. 90
38
3
Мал. 92
Мал. 93
356. Чи однаковий тиск роблять на стіл цеглу, розташовану так, як показано на малюнку 92?
357. Дві цегли поставлені одна на одну так, як показано на малюнку 93. Чи однакові сили, що діють на опору, та тиск в обох випадках?
358. Розетки пресують із спеціальної маси (барка-литової), діючи її у силою 37,5 кН. Площа розетки 0,0075 м2. Під яким тиском перебуває розетка?
359. Площа дна каструлі дорівнює 1300 см2. Обчисліть, наскільки збільшиться тиск каструлі на стіл, якщо в неї налити воду 3,9 л.
360. Який тиск на підлогу чинить хлопчик, маса якого 48 кг, а площа підошви його взуття 320 см2?
361. Спортсмен, вага якого 78 кг, стоїть на лижах. Довжина кожної лижі 1,95 м, ширина 8 см. Який тиск чинить спортсмен на сніг?
362. Токарний верстат масою 300 кг спирається на фундамент чотирма ніжками. Визначте тиск верстата на фундамент, якщо площа кожної ніжки 50 см2.
363. Лід витримує тиск 90 кПа. Чи пройде цим льодом трактор масою 5,4 т, якщо він спирається на гусениці загальною площею 1,5 м2?
364. Двохосний причіп з вантажем має масу 2,5 т. Визначте тиск, що чиниться причепом на дорогу, якщо площа зіткнення кожного колеса з дорогою дорівнює 125 см2.
365. На залізничну двовісну платформу поставили артилерійську зброю масою 5,5 т. На скільки збільшився тиск платформи на рейки, якщо площа зіткнення колеса з рейкою 5 см2?
366. Обчисліть тиск, що чиниться на рейки чотиривісним завантаженим вагоном масою 32 т, якщо площа зіткнення колеса з рейкою 4 см2.
39
Мал. 95
Мал. 96
367. Який тиск чинить на ґрунт гранітна колона, об'єм якої 6 м3, якщо площа основи її 1,5 м*?
368. Чи можете ви цвяхом чинити тиск 105 кПа? Розрахуйте, яку силу для цього треба прикласти до головки цвяха, якщо площа вістря цвяха дорівнює 0,1 мм2.