Коварство кинетической энергии при движении автомобиля
Многие будут удивлены названием статьи. Для многих движение на автомобиле доставляет огромное удовольствие. Они едут и ни о какой кинетической энергии и не думают. Они едут и балдеют, а потом неожиданно – бац! – автомобиль вылетел с кювет, опрокинулся, столкнулся с чем-то. Горе-водители понять не могут, как такое могло произойти. Ехали, вроде, нормально, ну и что, что быстро? А часто от балдения и происходят неприятные сюрпризы, это мягко сказано.
Вот едет автомобиль по дороге. Скорость автомобиля приличная. Но дорога хорошая, асфальтированная, и, вроде, не предвещает беды. Но вдруг автомобиль теряет управляемость, он начинает скользить прямо на сторону встречного движения, а там, как на беду, – встречный автомобиль. Происходит столкновение, а лобовое столкновение редко обходиться без жертв. Как потом выясняется, что водитель, который потерял контроль над автомобилем, был опытным. Так почему его вынесло на встречную полосу?
Значит водитель, несмотря на свой опыт, что-то не знал, что-то не учёл или не понял. Когда автомобиль движется, то на него действуют следующие силы: сила инерции, сила тяги, сила сцепления колёс с дорогой, сила сопротивления воздуха и многие другие силы. Но, самое главное, при движении автомобиля возникает кинетическая энергия. Чем больше масса автомобиля и его скорость, тем больше кинетическая энергия. Вот эта энергия и является виновницей всех бед. Это как раз многие водители и не понимают. Возможно, они, где то, и слышали про эту энергию, но не предавали значения. А зря!
Так в чём же опасность этой кинетической энергии? А опасность – это потеря контроля над кинетической энергией. Чем больше вышедшая из-под контроля кинетическая энергия, тем больше будут последствия, которые могут быть ужасными. Многим это не понятно: как это кинетическая энергия может привести к ужасным последствиям?
Кинетическая энергия при торможении переходит в силу инерции, а при повороте – в центробежную силу. Чем интенсивнее торможение, тем и больше сила инерции. Чем круче поворот, тем больше центробежная сила. Центробежная сила – это та же сила инерции, которая возникает при движении транспорта по круговой траектории. Но если сила инерции окажется больше за силу сцепления колёс с дорогой, то автомобиль начинает скользить, причём туда, куда направляет его сила инерции, и автомобиль становиться неуправляемым. Но если на пути неуправляемого автомобиля оказывается дерево, то сила инерции очень резко возрастает. Дерево остановит автомобиль, но он будет разбит. Но чем больше скорость автомобиля на момент столкновения с деревом, тем больше будет сила инерции и тем больше будет разбит автомобиль. При столкновении в дерево при маленькой скорости (со скоростью пешехода или меньшей) кинетическая энергия будет небольшой, значит и сила инерции будет небольшой, тогда и последствия также будут небольшими: погнёт бампер, может фару разбить, но в основном автомобиль будет цел.
Как удерживать кинетическую энергию под контролем? Одно из условий – не допускать превышения силы тяги, которая подаётся на ведущие колёса, над силой сцепления этих же ведущих колёс с дорогой. А кинетическая энергия может выйти из-под контроля даже тогда, когда автомобиль движется равномерно и прямолинейно. Почему так происходит? Потому что, для увеличения скорости необходимо увеличивать и тягу. А при увеличении скорости – особенно при больших скоростях – коэффициент сцепления колёс с дорогой уменьшается.
Дорога не идеально ровная, а состоит из микро впадин и выступов, которые колесо обхватывает при движении. Но при больших скоростях пятно контакта колеса не успевает полностью обхватить эти выступы и впадины, вот поэтому коэффициент трения колеса с дорогой снижается. Вот и получается, что на больших скоростях сила тяги может подойти к черте, где она может равняться силе трения колёс с дорогой. И малейшая неожиданная ситуация: автомобиль попал ещё не на высохший участок дороги, или дорога чуть-чуть пошла на подъём и водитель добавил газ – сила тяги может оказаться больше за силу трения колёс, и автомобиль может оказаться неуправляемым. А на таких скоростях всё происходит очень быстро. Конечно, дерево автомобиль остановит, но какие будут последствия.
Особенно опасно это зимой, когда дороги покрываются снегом и становятся скользкими. И какой бы ни опытный был бы водитель, если он допустит превышение силы тяги ведущих колёс над силой сцепления колёс с дорогой – влетит только так. Поэтому зимой на скользких дорогах особенно опасны обгоны. Даже на небольшой скорости существует опасность заноса или сноса автомобиля.
Второе условие удерживать под контролем кинетическую энергию – это при торможении не допускать блокировки колёс. Сейчас современные автомобили оснащаются ABS – антиблокировочная система колёс, которая не допускает блокировку колёс при экстренном торможении и, таким образом, контролирует действие кинетической энергии.
Но осталось много автомобилей, не оборудованные системой ABS. Водители этих автомобилей должны научиться при торможении не блокировать колёса, так как блокированные колёса увеличивают тормозной путь. В этом случае не нужно нажимать педаль тормоза в полную силу. Надо учиться чувствовать автомобиль при торможении: крутятся колёса или машина скользит. Этому можно научиться – было бы желание. Но лучше всего – не допускать ситуации экстренного торможения.
Третье условие удерживать кинетическую энергию под контролем – центробежная сила при повороте не должна превышать силу трения колёс. Другими словами – чем круче поворот, тем меньше должна быть скорость. Иначе автомобиль не удержится на траектории поворота. На скользкой дороге резкие повороты опасны.
В любом случае законы физики не спрашивают у водителя, какой его опыт вождения, и сами по себе к аварии не приводят – они просто действуют. Вина ложится только на водителя: превысил скорость на скользкой дороге – законы физики сработали не в пользу водителя – и вот на тебе: или лобовое столкновение, или вылет в кювет. Законам физики всё равно, как срабатывать: сила тяги стала больше за силу сцепление – пробуксовка колёс, сила тяги меньше за силу сцепления – нет пробуксовки колёс. Если при повороте возникшая центробежная сила меньше за силу трения колёс с дорогой – автомобиль удержится на траектории, а если больше – то не удержится, а вылетит в кювет. Вот и всё! И ничего здесь мудрого нет. И какой бы ни был опытный водитель, если он не «дружит» с законами физики, то шанс попасть в неприятную историю велик.
И ещё. Во многих странах – миллионы водителей и автомобилей. Большинство водителей не попадают в дорожно-транспортные происшествия. Если было бы наоборот, то на улицах сплошь и рядом стояли бы битые автомобили. Среди этого большинства есть и молодые неопытные водители. Возникает вопрос: почему эти неопытные водители не попадают в ДТП? Трудно поверить, что они все ездят по принципу: тише едешь – дальше будешь. Конечно, не без этого, но всё равно ездят и быстро. Может они ездят аккуратно, то есть, где можно прижать – прижал, где нельзя – сбавил ход. А если бы все водители ездили аккуратно, то может и аварии были бы редкостью? Очень интересный вопрос, не правда ли?
Источник статьи: http://pdd-koleso.ru/kovarstvo-kineticheskoj-energii-pri-dvizhenii-avtomobilya/
Кинетическая энергия. Объяснение и пример решения задач.
Энергия сама по себе – физическая величина, которая характеризует способность тела совершать работу. А если в момент совершения работы тело будет двигаться, то это уже будет кинетическая энергия.
Примеры кинетической энергии окружают нас повсюду: едущие по дороге автомобили, проходящие мимо люди, летающие птицы. Все они совершают какую-то работу и при этом двигаются. То есть, кинетическая энергия – это та энергия, которая создается движущимся телом .
Кинетическая энергия может передаваться от одного объекта к другому. Например, на гидроэлектростанции поток воды, обладающий кинетической энергией, передает ее лопастям турбины, заставляя их двигаться. Это запускает генератор, и вырабатывается электричество. Передаваясь между объектами, кинетическая энергия может преобразовываться в другие виды энергии. Так спортсмен при беге преобразовывает свою химическую энергию, которую он получил от пищи, в кинетическую, энергию движущегося тела. Не будет пищи – станет меньше сил на бег (если, конечно, он не бежит за булочкой).
Не каждый студент может себе позволить за семестр в ВУЗе отдать 100 000 ₽ . Но круто, что есть гранты на учебу. Грант-на-вуз.рф – это возможность учиться на желанной специальности. По ссылке каждый получит бонус от 300 ₽ до 100 000 ₽ – грант-на-вуз.рф
Разделяют три типа кинетической энергии:
- Поступательная . Это энергия, возникающая при движении тел по связанной с ними прямой, параллельной самой себе. Это может быть машина на дороге, брошенный мяч или бегущий кот.
- Вращательная. Логично, что она появляется в процессе вращательного движения. Пример: Земля вращается вокруг Солнца.
- Колебательная . Энергия присуща телам в процессе колебательного движения. Например, движение маятника или камертона.
Для измерения кинетической энергии используют джоули .
Формула
Мы уже выяснили, что кинетическая энергия – это энергия тел в движении. Но как узнать, чему она равна? Проведем мыслительный эксперимент. Представьте, вы берете легкий пластмассовый шарик, примерно 20-30 гр., встаете перед окном и кидаете шарик в стекло. Шарик просто отскочит от стекла. А теперь берем большой камень, который весит в 100 раз больше этого шарика и кидаем его в стекло так, чтобы он летел с такой же скоростью. Шансов что обычное стекло уцелеет после такой встречи с камнем очень мало, только если это стекло бронированное. То есть мы видим, чем больше масса тела, тем больше будет его энергия. А теперь представим себе 2 одинаковые машины. Одна еде со скоростью 20 км/ч, а другая 120 км/ч. Как думаете, какая из них получит больше повреждений при встрече со стеной? Та, что движется быстрее. Делаем вывод: чем больше скорость, тем больше энергия движения. Таким образом, мы получаем, что для того, чтобы рассчитать, чему равна кинетическая энергия E , нам надо знать какой массой m обладает тело и с какой скоростью v оно двигается. Если нам известны эти показатели, то они подставляются в формулу:
И заметьте, что от увеличения массы тела в 2 раза, его энергия увеличиться тоже в 2 раза, а от увеличения скорости в 2 раза, энергия увеличится в 4.
Напоминаем про сервис грант-на-вуз.рф . Не упусти свой шанс изучать то, что тебе нравится. Ну или просто сэкономить на учебе. Ты точно получишь от 300 ₽ до 100 000 ₽, перейдя по ссылке грант-на-вуз.рф !
Пример решения задачи
Чему будет равна кинетическая энергия 4-х килограммового кота, бегущего по комнате со скоростью 5 м/с?
Решение: E=(4кг x (5м/с)^2)/2=(4кг х 25м/с)/2=50 Дж
Спасибо, что прочитали статью. Не забывайте про подписку на канал, а также рекомендую почитать канал наших друзей:
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/studystudent/kineticheskaia-energiia-obiasnenie-i-primer-resheniia-zadach-5ec7b60a05b37e0f98037287
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Кинетическая энергия — автомобиль
Это возможно сделать несколькими способами. Кинетическую энергию автомобиля можно расходовать на преодоление сил сопротивления дороги в том случае, когда автомобиль движется по инерции накатом. Так как силы сопротивления дороги сравнительно невелики, то и расход энергии невелик: автомобиль до остановки пройдет большое расстояние — иногда сотни метров. ЕСЛИ при движении накатом не выключать сцепления, то к сопротивлению дороги прибавится сопротивление движущихся частей двигателя ( двигатель в таких случаях должен работать на малых оборотах холостого хода): часть энергии будет расходоваться на сжатие воздуха в цилиндрах ( двигатель начинает работать как компрессор) и на преодоление трения между движущимися частями двигателя. [16]
Автомобиль идет со стоянки равноускоренно в течение 10 с. Во сколько раз увеличение кинетической энергии автомобиля за первые 5 с меньше, нежели за следующие 5 с. [17]
Автомобиль едет со стоянки равноускоренно в течение 10 с. Во сколько раз увеличение кинетической энергии автомобиля за первые 5 с движения меньше, нежели за следующие 5 с. [18]
Рассмотрим движение автомобиля на горизонтальном пути. Результирующая работа сил, определяющая изменение кинетической энергии автомобиля , может быть представлена как алгебраическая сумма работ At и Аг, приводящих соответственно к увеличению и к уменьшению кинетической энергии & WK автомобиля. [19]
В Учебнике указывается, что произведенная работа зависит только от силы и от расстояния, пройденного в направлении силы, но не зависит от времени, в течение которого эта сила действовала. В этих двух случаях разница в расходе горючего не связана с различием кинетической энергии автомобиля . Начальная и конечная кинетические энергии его равны нулю в обоих случаях. Силы трения, возникающие при движении одного твердого тела по другому ( например шин по дороге), практически не зависят от скорости тела, так что трение шин не влияет на различие в расходе горючего. Объясняется это различие действием жидкостного трения, сопротивлением воздуха движению автомобиля и трением между различными частями машины и смазочными маслами. Когда тело движется сквозь жидкость, сила трения возрастает при увеличении скорости тела примерно пропорционально скорости. Это тот самый эффект вязкого торможения, который приводит в конце концов к установлению равномерной скорости движения несмотря на работу двигателей. [20]
В автомобилях применяются почти исключительно фрикционные тормоза. Трущееся тело ( например, тормозная колодка) прижимается к барабану или диску, вращающемуся вместе с колесами; при этом кинетическая энергия автомобиля превращается в результате трения в теплоту. [21]
Опыты на автомобиле показали, что такая система вполне применима для транспортных машин. Кинетическая энергия автомобиля передавалась через дискретный вариатор маховику при торможении машины и обратно при ее разгоне. Торможение и разгон автомобиля протекали плавно, без рывков. Разгон не требовал участия двигателя, по крайней мере на первом его этапе, и это значительно сокращало расход горючего: на каждом цикле торможения — разгона экономилось около половины горючего. [22]
Автомобиль, двигавшийся по горизонтальному участку дороги, после выключения двигателя проходит некоторый путь и под действием сил трения останавливается. Не означает ли это, что кинетическая энергия автомобиля исчезла бесследно. [23]
Цикл разгон — накат при таком импульсивном движении периодически повторяют. Во время разгона двигатель развивает мощность, близкую к максимальной, что уменьшает удельный эффективный расход топлива. Суммарный расход за время разгона с некоторой средней скоростью больше, чем при движении с такой же, но постоянной скоростью, так как при разгоне часть топлива расходуется на увеличение кинетической энергии автомобиля . Однако при последующем движении накатом расход топлива резко снижается, а если выключено зажигание — практически равен нулю. В результате для одинаковых значений средней и постоянной скоростей общий расход топлива в случае импульсивного движения может оказаться меньше расхода при постоянной скорости. [24]
По истечении времени реакции ( точка а) водитель нажимает на педаль тормоза. Но при этом тормоза включаются в работу не сразу. На нажатие педали и срабатывание привода тормозов затрачивается время / 2 — Только в точке б диаграммы тормоза вступают в действие, и происходит нарастание тормозной силы Рт, а вместе с ней и замедления J. Через некоторое время / 3 в точке в величина тормозной силы и замедления становится наибольшей, и после этого происходит наиболее интенсивное поглощение кинетической энергии автомобиля . [26]
Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id618417p2.html