Hoe kracht uit snelheid te berekenen?

De eerste vergelijking die in de dynamica wordt geleerd, is F = ma, wat "kracht is gelijk aan massa maal versnelling". deze vergelijking beschrijft de kracht die moet worden uitgeoefend op een voorwerp met bekend gewicht of massa als het wordt versneld of vertraagd. Als een racefiets met een berijder met een snelheid van 20 mijl per uur binnen een bepaalde afstand moet stoppen, kun je berekenen hoeveel kracht er wordt uitgeoefend op de remklauw op de velg van het achterwiel. Je kunt ook bewijzen dat een verdubbeling van de snelheid de kracht verviervoudigt (vierkant) die nodig is om te stoppen.

Definieer de snelheid om toepassing te forceren. In dit voorbeeld weegt de fiets met zijn berijder 210 pond. De rijder merkt een witte stoplijn op die zich 10 voet voor hem bevindt wanneer hij de rem intrapt. Omdat je de snelheid al kent, heb je nu genoeg informatie om de benodigde remkracht te berekenen.

Los de tijd T op, waarmee u de versnelling, of in dit geval de vertraging, kunt berekenen. De gemiddelde snelheid over de 30 voet is 20 mph gedeeld door twee, of 10 mph, wat 14,66 voet per seconde is. Als de 30 voet wordt afgelegd met een gemiddelde snelheid van 14,66 voet per seconde, duurt het 2,045 seconden om te stoppen.

instagram story viewer

Los op voor acceleratie met behulp van de 2.045 seconden om 30 voet af te leggen. Aangezien de afstandsberekening D = v (0) x T +1/2 (a) T^2 is, kan de eerste term worden genegeerd, aangezien alle afgelegde afstand wordt verklaard door de vertraging tot nul. Daarom is 30 voet gelijk aan ½ a xT ^ 2, wat 30 = ½ a x 2,045 ^ 2 of 30 = 1/2 a x 4,18 is. Herschikken, a = 30 x 2/4,18 = 14,35 voet per seconde/sec.

Los de kracht op met behulp van de basisvergelijking F=ma. Kracht F = 210 x 14,35 voet per seconde/sec / 32,2 voet per seconde/sec (versnelling van de zwaartekracht) of 93,58 pond kracht die consequent door de rem op de velg wordt uitgeoefend gedurende 2,045 seconden om de fiets te stoppen. Dit is waarschijnlijk precies aan de praktische limiet van het vermogen van deze fiets om te stoppen.

Bewijs dat een verdubbeling van de snelheid de vereiste kracht verviervoudigt. Een snelheid van 40 mijl per uur zou resulteren in een stoptijd van 1,023 seconden, de helft van 2,045 seconden in eerste instantie. De term D = ½ x a x T ^ 2 zou uitkomen op een versnelling van a = 30 x 2/1,046, of 57,36 voet per seconde/sec. F = ma zou daarom uitkomen op F = 374,08 pond, zeer onredelijk voor een remklauw op een dunne raceband. Deze dwaze rijder zou nooit stoppen vanaf 40 mph in de 30-voet afstand, en ze zouden vlak langs het stopbord schieten.

Teachs.ru
  • Delen
instagram viewer