速度から力を計算する方法

ダイナミクスで教えられる最初の方程式はF = maで、これは「力は質量と加速度の積に等しい」です。 この方程式 加速されたとき、または既知の重量または質量の物体に加えられなければならない力を説明します。 減速しました。 時速20マイルで走行するライダーがいるレーシングバイクが一定の距離内で停止する必要がある場合、後輪のリムにあるキャリパーブレーキにかかる力を計算できます。 また、速度を2倍にすると、停止に必要な力が4倍(2乗)になることを証明できます。

適用を強制する速度を定義します。 この例では、ライダーがいる自転車の重量は210ポンドです。 ライダーは、ブレーキをかけたときに、自分の30フィート前にある白いストップラインに気づきます。 速度はすでにわかっているので、必要なブレーキ力を計算するのに十分な情報が得られます。

時間Tを解きます。これにより、加速度、この場合は減速度を計算できます。 30フィートの平均速度は、20 mphを2で割った値、つまり10 mphで、毎秒14.66フィートです。 30フィートが14.66フィート/秒の平均速度でカバーされている場合、停止するのに2.045秒かかります。

30フィートをカバーするために2.045秒を使用して加速を解きます。 距離の計算はD = v(0)x T +1/2(a)T ^ 2であるため、カバーされるすべての距離はゼロへの減速によって説明されるため、最初の項は無視できます。 したがって、30フィートは½axT^ 2に等しく、これは30 =½ax2.045^ 2または30 = 1/2 a x4.18です。 再配置、a = 30 x 2 / 4.18 = 14.35フィート/秒/秒。

F = maの基本方程式を使用して力を解きます。 力F = 210 x 14.35フィート/秒/秒/32.2フィート/秒/秒(重力の加速)または93.58ポンドの力が、バイクを停止するために2.045秒間ブレーキによってリムに一貫して加えられます。 これはおそらく、この自転車の停止能力の実際的な限界にあります。

速度を2倍にすると、必要な力が4倍になることを証明します。 時速40マイルの速度では、停止時間は1.023秒になり、最初のインスタンスでは2.045秒の半分になります。 D =½xaxT ^ 2の項は、a = 30 x 2 / 1.046、つまり57.36フィート/秒/秒の加速度になります。 したがって、F = maはF = 374.08ポンドになり、スキニーレーシングタイヤのキャリパーブレーキには非常に不合理です。 この愚かなライダーは、30フィートの距離で時速40マイルから停止することは決してなく、一時停止の標識を過ぎてストリークします。

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