Кинетическая энергия легкового автомобиля

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 легкового автомобиля

6. Кинетическая энергия моторной лодки массой \( m_л=176 кг \; \), движущейся со скоростью \(v_л=8 м/с \) равна кинетической энергии радиоуправляемого квадрокоптера, который движется со скоростью \(v_к=32 м/с . \; \) Вычислить массу квадрокоптера .
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( m_к= 11 кг \)

Каждый выбирает для себя то решение, которое ему понятнее
Решение номер 1 (для тех, кто сдает ЕГЭ и хочет научиться решать трудные задачи)
Решение номер 2 (для тех кто любит попроще)

Дано:
\( m_л=176 кг\)

Ответ: \( m_к= 11 кг \)

Решение номер 2 (для тех, кому тяжело понять)

Дано:
\( m_л=176 кг\)

Вычислим кинетическую энергию лодки:

По условию \( E_л=E_к \) , поэтому :

Ответ: \(m_к= 11 кг \)

7. Кинетическая энергия моторной лодки массой \( m_л=176 кг \; \), движущейся со скоростью \(v_л=8 м/с \) равна кинетической энергии радиоуправляемого квадрокоптера массой \( m_к= 11 кг \; . \) Вычислить скорость квадрокоптера .
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( v_к= 32 м/с \)

Каждый выбирает для себя то решение, которое ему понятнее
Решение номер 1 (для тех, кто сдает ЕГЭ и хочет научиться решать трудные задачи)
Решение номер 2 (для тех кто любит попроще)

Дано:
\( m_л=176 кг\)

Решение номер 2 (для тех, кому тяжело понять)

Дано:
\( m_л=176 кг\)

Вычислим кинетическую энергию лодки:

По условию \( E_л=E_к \) , поэтому :

Ответ: \(v_к= 32 м/с \)

8. Кинетическая энергия моторной лодки массой \( m_л=98 кг \; \), движущейся со скоростью \(v_л=5 м/с \) равна кинетической энергии игрушечного радиоуправляемого катера, который движется со скоростью \(v_к=35 м/с . \; \) Вычислить массу игрушечного радиоуправляемого катера.
Показать ответ Показать решение Видеорешение

Ответ: \( m_к= 2 кг \)

Каждый выбирает для себя то решение, которое ему понятнее
Решение номер 1 (для тех, кто сдает ЕГЭ и хочет научиться решать трудные задачи)
Решение номер 2 (для тех кто любит попроще)

Источник статьи: http://kornev-school.ru/f9_kinetic_energy.html

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

Что такое кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия, создаваемая движущимся телом. На греческом языке кинетика означает «движение», в то время как энергия означает «работа». Другими словами, кинетическая энергия — это работа, которую тело выполняет, когда оно движется.

Мы можем воспользоваться кинетической энергией многих природных явлений. Например, движение воды в реке превращается в электричество благодаря электростанциям. Энергия ветра — это кинетическая энергия воздуха. Когда мы прибиваем гвоздь молотком, мы используем кинетическую энергию молотка при его перемещении.

Кинетическая энергия в физике измеряется в джоулях, сокращенно буквой J.

Формула кинетической энергии

Для расчета кинетической энергии тел используется уравнение:

Это означает, что кинетическая энергия Ec равна массе тела m, умноженной на квадрат скорости v, делённые на 2.

Мы можем сделать вывод, что чем больше масса, тем больше энергия, и что энергия пропорциональна скорости, умноженной на себя.

Кинетическая энергия не является вектором. Это означает, что если вы бросаете шар со скоростью 5 м/с, шар будет иметь одинаковую кинетическую энергию, независимо от того, бросаете ли вы его влево или вправо или вверх.

Кинетическая энергия зависит от массы и скорости.

Гоночные машины спроектированы с наименьшей массой для улучшения характеристик.

Кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела. Это означает, что чем больше или быстрее объект, тем больше энергии он производит.

Примером вышесказанного может быть следующее: грузовик больше, чем автомобиль; Если оба едут с одинаковой скоростью и врезаются в стену, урон, нанесенный грузовиком, будет больше. В этом случае грузовик обладает большей кинетической энергией.

А теперь представьте: две одинаковые машины едут, одна со скоростью 50 км/ч, а другая со скоростью 100 км/ч. Чем выше скорость, тем серьезнее авария.

Таким образом, кинетическая энергия зависит от квадрата скорости. Это означает, что когда скорость объекта удваивается, его кинетическая энергия увеличивается в четыре раза.

Автомобиль, движущийся со скоростью 60 км/ч, имеет в четыре раза больше кинетической энергии, чем автомобиль, движущийся со скоростью 30 км/ч, и, следовательно, в четыре раза больший потенциал разрушения в случае аварии.

Как рассчитать кинетическую энергию тела?

В аэропорту хотят рассчитать кинетическую энергию 30-килограммовой упаковки в системе, которая движется со скоростью 0,500 м/с. Как мы это делаем?

Решение

Мы знаем массу и скорость упаковки, поэтому используем формулу:

Подставляя значения, имеем:

Рассуждение

Единицей кинетической энергии является джоуль, которая является той же для единицы работы. Обратите внимание, что, несмотря на то, что он тяжелый, его кинетическая энергия не так велика из-за его низкой скорости.

Ключевые моменты для запоминания

• Тело имеет кинетическую энергию, только если оно находится в движении.
• Кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела.

Задачи на кинетическую энергию и решение

Задача 1 на нахождение кинетической энергии

Слон в 6000 кг бежит со скоростью 10 м/с. Какова его кинетическая энергия? Какова скорость пушечного ядра весом 1 кг, если у него была та же самая кинетическая энергия слона?

Ответ

Используя уравнение кинетической энергии, энергия слона равна:

Рассчитав кинетическую энергию, мы можем получить скорость пули, очистив v:

Это означает, что скорость пули равна 775 м/с. Сравните это со скоростью слона: вот это разница!

Задача 2

Мужчина врезался в столб на своей машине. Когда он пошел, чтобы сообщить о катастрофе, он сказал, что ехал с допустимой скоростью во время аварии. Но следователь помнил физику 7 и 8 класса и установил, что скорость транспортного средства была в два раза выше, чем утверждал водитель. Какова взаимосвязь между кинетической энергией и скоростью, сообщаемой человеком, и кинетической энергией со скоростью, рассчитанной следователем?

Ответ

Мы будем рассматривать Ec1 как кинетическую энергию транспортного средства на скорости v1, сообщаемой человеком, и Ec2 как кинетическую энергию со значением скорости v2, рассчитанным исследователем. Соотношение между кинетическими энергиями рассчитывается путем деления энергий следующим образом:

Следователь сказал, что скорость во время аварии была вдвое выше, чем сообщал человек, то есть:

Подставим значение скорости в уравнение:

Исключая похожие термины, мы имеем:

Это означает, что кинетическая энергия в соответствии со скоростью, сообщаемой человеком, составляет четверть кинетической энергии по расчетам следователя. Проще говоря, ущерб, нанесенный автомобилем, был в четыре раза больше, чем сообщал мужчина.

Источник статьи: http://yznavai.ru/chto-takoe-kineticheskaja-jenergija/