Сила сопротивления движению: Сила трения и сила сопротивления — урок. Физика, 7 класс.

Силы сопротивления движению подвижного состава

Подробности

Категория: Подвижной состав

• тяга
• движение поезда

Содержание материала

• Силы сопротивления движению подвижного состава
• Основное сопротивление движению
• Сопротивление от трения качения колес по рельсам
• Сопротивление от трения скольжения колес по рельсам
• Диссипация энергии при взаимодействии колес с рельсами
• Сопротивление воздушной среды
• Диссипация энергии в окружающую среду
• Расчет основного сопротивления
• Добавочное сопротивление при трогании поезда с места
• Пути снижения сопротивления движению поездов

Страница 1 из 10

Классификация сил сопротивления
Работа касательной силы тяги, создаваемой при взаимодействии движущихся колес локомотива с рельсами, преимущественно затрачивается на преодоление внешних сип, препятствующих движению поезда. Природа и причины возникновения, а также величина этих внешних сил различны. Многие внешние силы случайны, многие взаимосвязаны по физике явления. Неуправляемые внешние силы, направленные в сторону противоположную направлению движения поезда и, следовательно, препятствующие его движению, называются действительными силами сопротивления движению.

В теории локомотивной тяги принято оценивать результирующую всех неуправляемых внешних сил сопротивления движению поезда. В соответствии с этим сопротивлением движению поезда называют эквивалентную силу, приложенную в зонах (точках) касания колес с рельсами, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как на преодоление всех неуправляемых действительных сил, препятствующих движению.
Силы сопротивления движению подвижного состава принято обозначать буквой W (от немецкого слова der Wiederstand — сопротивление, противодействие).
Классификация сил сопротивления основана на их разделении по следующим признакам с соответствующими обозначениями.
Классификация сил сопротивления по отношению к весу подвижного состава:

1. полное сопротивление  —  W, Н;
2. удельное сопротивление  —  w, Н/кН.

Полное сопротивление W представляет собой сопротивление движению поезда или единицы подвижного состава в целом.
Удельное сопротивление w — сила сопротивления, в Н, движению каждой единицы веса поезда, в кН. Удельные силы сопротивления движению широко используются при выполнении тяговых расчетов.
Полное Wв Н, и удельное w в Н/кН, сопротивления взаимосвязаны:

или

где Р + Q  —  вес поезда, кН.

Классификация сил сопротивления по условиям эксплуатации:

1. основное сопротивление  —  Wo, wo;

-дополнительные сопротивления —  Wдоп, wдоп;
-добавочное сопротивление при трогании с места  — Wтр;

1. общее сопротивление  —  WK,wK.

За основное сопротивление принимают те силы, которые препятствуют движению подвижного состава по прямому горизонтальному пути на открытой местности при нормальных метеоусловиях с любой допустимой по безопасности движения скоростью.

Необходимо отметить, что в теории локомотивной тяги движение всех единиц подвижного состава, в том числе локомотивов, описывается одним и тем же уравнением движения повозки. Наличие на локомотивах тяговых электродвигателей и зубчатых тяговых передач, а также механических трансмиссий на тепловозах с гидропередачами делает основное сопротивление движению локомотивов отличным от вагонов. На величину основного сопротивления движению также существенное влияние оказывает режим работы локомотива в эксплуатации.
В этой связи дополнительно различают силы основного сопротивления в зависимости от режима работы локомотива (тягового режима или холостого хода):

1. основное сопротивление движению поезда с локомотивом, работающим в режиме тяги,  —  Wо,wо;
2. основное сопротивление движению поезда с локомотивом, работающим в режиме холостого хода,  —  Wox, wοχ.

Основная физическая природа основного сопротивления — силы механического трения.
Основное сопротивление всегда сопутствует движению подвижного состава; при любых условиях его эксплуатации величина Wo не может быть равна нулю.
Дополнительные сопротивления  —  временно действующие силы, возникающие в конкретных условиях эксплуатации подвижного состава, например при движении по уклону профиля пути, в кривой, в тоннелях и прочее.
Добавочное сопротивление возникает при трогании с места единиц подвижного состава. Это сопротивление ограничено по времени действия, его физическая природа и причины возникновения заметно отличаются от сил основного сопротивления. По этим и раду других причин добавочное сопротивление при выполнение тяговых расчетов учитывается отдельно.

Общее сопротивление движению подвижного состава представляет собой алгебраическую сумму основного, дополнительных и добавочного сопротивлений.
Классификация сил сопротивления по типу подвижного состава:

1. сопротивление движению локомотива — вводится один штрих вверху —  W’,w’;
2. сопротивление движению состава (вагонов) — вводятся два штриха вверху —  W», w»;
3. сопротивление движению поезда — штрихи не применяются  —  W,w.

• Вперёд

• Назад
• Вперёд

Близкие публикации:

• Системы управления ЭПС
• Тормозные силы и торможение поездов
• Подтягивание вагонов
• Использование присадок к маслам на тепловозах
• Надежность механической части подвижного состава

© 2009-2023 — lokomo.ru, железные дороги.

Понятие силы сопротивления в физике

Оглавление

Время чтения:  5 минут

1 959

Сила сопротивления зависит от размеров и формы тела и скорости перемещения тела в среде, возникающая при его движении и затормаживает это движение. Сила сопротивления отличается от силы трения тем, что последняя рассматривает характер взаимодействия друг с другом твердых тел. Можно наблюдать, когда один элемент двигается по поверхности другого. Вектор силы сопротивления имеет направление противоположное движению.

Работа силы сопротивления видна на примере: при свободном падении листка с дерева на него действует сила сопротивления воздуха, которую можно сравнить с силой тяжести. В связи с этим, ускорение падающего листка будет не таким, как от ускорения свободного падения.

Аналогично с перемещением в жидкости, если тело погружается в воду плавно, то сопротивление воды будет меньше, чем при прыжке в нее.

Чему равна сила сопротивления

В числовом выражении общая сила сопротивления равна силе, которую следует приложить для равномерного передвижения тела по ровной горизонтальной поверхности. Определяется третьим законом Ньютона.

Формулы 1 — 3

Сила сопротивления прямо пропорциональна массе тела и вычисляется по формуле:

\[F=\mu * m * g\]

где \[\boldsymbol{\mu}\] коэффициент материала изготовления опоры, выбирается по таблице;
g – постоянная величина равная 9,8 м/с2.

Для тел с небольшой скоростью сила сопротивления рассчитывается как произведение коэффициента сопротивления материала (a) и силы, провоцирующую движение предмета (v).

\[F=v a\]

где v — скорость движения предмета, a — коэффициент сопротивления среды. {2}\]График зависимости сопротивления

Зависимость силы от сопротивления определяется для каждой среды отдельно. Сила сопротивления среды растет, с ростом скорости движения предмета в среде.

От чего зависит сила сопротивления

На величину силы сопротивления влияют следующие факторы:

• особенности и плотность среды, например, у жидкости плотность выше, чем у газа;
• форма тела, у предметов с вытянутыми обтекаемыми вдоль движения формами сопротивление меньше, чем с расположенными перпендикулярно движению гранями;
• скорость движения.

В зависимости от воздействия на движущиеся предметы различают несколько типов силы сопротивления:

• Сила сопротивления качению \[P_{f}\]. Зависит от вида и состояния опорной поверхности, скорости перемещения, силы давления воздуха и прочее. Коэффициент сопротивлению качению f зависит типа и состояния опорной поверхности, его значение уменьшается, при повышении давления и температуры.
• Сила сопротивления воздуха \[P_{B}\] возникает при разных показателях давления. В аэродинамике называется лобовым сопротивлением. Показатель будет выше с ростом вихреобразования в передней и задней частях объекта движения. Величина вихреобразования зависит от формы передвигаемых предметов.

Понятие силы электрического сопротивления

Строение металлических проводников объясняет наличие сопротивления. Свободные электроны движутся по проводнику встречая ионы кристаллической решетки. При контакте с ними другие электроны теряют часть своей энергии. У проводников с отличающимся атомным строением будет разное сопротивление току. Поэтому чем выше сопротивление проводника, тем проводимость электрического тока будет меньше.

Рис.1. Сила сопротивления

Формулы 4 — 5

Электрическое сопротивление в физике обозначают R, измеряется в Ом. Сопротивление равно 1 Ом, если на концах проводника возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока равной 1 Ампер.

Формула сопротивления силы тока:

\[R=\rho \frac{l}{S}\]

где l – длина проводника; S – площадь сечения; ρ – удельное сопротивление. {-1}\right)\].

При нагревании движение частиц материала возрастает и создает препятствия для направленного движения электродов. Количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки увеличивается.

Такое свойство применимо в термометрах сопротивления, измеряют температуру исходя из зависимости температуры и сопротивления с высокой точностью измерения.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Формула силы тока и сопротивление

Формула 6

Законом Ома для участка цепи называют взаимосвязь между силой тока (I), напряжением (U) и сопротивлением (R) проводника на практике установлена Г. Омом.

\[I=\frac{U}{R}\]

Материалы с низким удельным сопротивлением считаются проводниками, они эффективно проводят электрический ток. С высоким удельным сопротивлением – диэлектрики, их используют как изоляторы. Промежуточное положение занимают полупроводники.

Пример

Найти силу тока в проводнике длиной 100 мм, сечением 0,5 мм2 изготовленном из меди, если напряжение на его концах 6,8 В.

Решение:

Запишем формулу закона Ома и найдем сопротивление через силу тока : \[I=\frac{U}{R}\]

Для определения силы тока I, нужно определить сопротивление R. С помощью формулы с удельным сопротивлением преобразуем формулу для закона Ома:

\[\begin{array}{r}
R=\rho \frac{l}{S} \\
I=\frac{U S}{\rho l}
\end{array}\]

Подставляем значения в формулу:

\[I=\frac{6,8 * 0,5}{0,017 * 100}=2 \mathrm{~A}\]

Значение ρ для меди берется из таблиц.

Ответ: 2А

Оценить статью (55 оценок):

Поделиться

Что такое перетаскивание? — Исследовательский центр Гленна

Сопротивление

Сопротивление — это аэродинамическая сила , препятствующая движению самолета в воздухе. Сопротивление создается каждой частью самолета (даже двигателями!). Как создается сопротивление?

Сопротивление — это  механическая сила . Он образуется при взаимодействии и контакте твердого тела с текучей средой (жидкостью или газом). Он не создается силовым полем в смысле гравитационного поля или  электромагнитное поле , где один объект может воздействовать на другой объект без физического контакта. Чтобы возникло сопротивление, твердое тело должно соприкасаться с жидкостью. Если нет жидкости, нет сопротивления. Сопротивление создается разницей в скорости между твердым объектом и жидкостью. Между объектом и жидкостью должно быть движение. Если нет движения, нет сопротивления. Не имеет значения, движется ли объект через статичную жидкость или жидкость движется мимо статического твердого объекта.

Vector Quantity

Сопротивление — это сила и, следовательно, векторная величина, имеющая как величину, так и направление. Сопротивление действует в направлении, противоположном движению самолета. Подъемная сила действует перпендикулярно движению. На величину сопротивления влияет множество факторов. Многие факторы также влияют на подъемную силу, но есть некоторые факторы, характерные только для лобового сопротивления самолета.

Аэродинамическое трение

Мы можем думать о сопротивлении как об аэродинамическом трении, и одним из источников сопротивления является поверхностное трение  между молекулами воздуха и твердой поверхностью самолета. Поскольку поверхностное трение представляет собой взаимодействие между твердым телом и газом, величина поверхностного трения зависит от свойств как твердого тела, так и газа. Для твердого тела гладкая вощеная поверхность создает меньше трения кожи, чем шероховатая поверхность. Для газа величина зависит от вязкости воздуха и относительной величины вязких сил к движению потока, выраженной как  Число Рейнольдса . Вдоль твердой поверхности создается пограничный слой потока низкой энергии, и величина поверхностного трения зависит от условий в пограничном слое.

Форма Сопротивление

Мы также можем думать о сопротивлении как об аэродинамическом сопротивлении движению объекта в жидкости. Этот источник сопротивления зависит от формы летательного аппарата и называется от сопротивления . Когда воздух обтекает тело, локальная скорость и давление изменяются. Поскольку давление является мерой количества движения молекул газа, а изменение количества движения создает силу, изменение распределения давления будет создавать силу, действующую на тело. Мы можем определить величину силы, интегрируя (или суммируя) локальное давление, умноженное на площадь поверхности вокруг всего тела. Составляющая аэродинамической силы, противодействующая движению, называется сопротивлением; составляющая, перпендикулярная движению, является подъемной силой. И подъемная сила, и сила сопротивления действуют через центр давления объекта.

Подъемная сила

Существует дополнительный компонент сопротивления, вызванный созданием подъемной силы. Специалисты по аэродинамике назвали этот компонент индуктивным сопротивлением. Его также называют «сопротивлением из-за подъемной силы», потому что оно возникает только на конечных подъемных крыльях. Индуктивное сопротивление возникает из-за того, что распределение подъемной силы на крыле неравномерно, а варьируется от корня к кончику. Для подъемного крыла существует разница давлений между верхней и нижней поверхностями крыла. На законцовках крыла образуются вихри, которые создают закрученный поток, очень сильный у законцовок крыла и уменьшающийся к основанию крыла. Местный угол атаки крыла увеличен на индуцированный поток  концевого вихря, придающий дополнительную, обращенную вниз по потоку составляющую аэродинамической силы, действующей на крыло. Сила называется индуцированным сопротивлением , потому что она была «индуцирована» действием концевых вихрей. Величина индуктивного сопротивления зависит от величины подъемной силы, создаваемой крылом, и от распределения подъемной силы по размаху. Длинные тонкие (по хорде) крылья имеют низкое индуктивное сопротивление; короткие крылья с большой хордой имеют высокое индуктивное сопротивление. Крылья с эллиптическим распределением подъемной силы имеют минимальное индуктивное сопротивление. В современных авиалайнерах винглеты используются для уменьшения индуктивного сопротивления крыла.

Волновое и лобовое сопротивление

Два дополнительных источника сопротивления: волновое сопротивление и лобовое сопротивление . Когда скорость самолета приближается к скорости звука, на его поверхности возникают ударные волны. Ударные волны вызывают изменение статического давления и потерю общего давления. Волновое сопротивление связано с образованием ударных волн. Величина волнового сопротивления зависит от числа Маха потока. Сопротивление поршня возникает, когда свободный поток воздуха поступает внутрь самолета. Реактивные двигатели подают воздух на борт, смешивают воздух с топливом, сжигают топливо, а затем выбрасывают продукты сгорания для создания тяги. Если мы посмотрим на основное уравнение тяги, то увидим, что массовый расход умножается на входную скорость, которая вычитается из общей тяги. Этот термин «отрицательная тяга» называется лобовым сопротивлением. Охлаждающие воздухозаборники на самолете также являются источниками лобового сопротивления.

Перетаскивание — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рисунок 1. Автомобили имеют оптимальную форму, чтобы свести к минимуму силу сопротивления, которую они испытывают. На фото выше Volkswagen XL1, самый экономичный серийный автомобиль. XL1 получил это звание благодаря чрезвычайно низкому коэффициенту аэродинамического сопротивления, равному 0,189. , самый низкий из всех серийных автомобилей. ^[1]

Сопротивление — это сила, противодействующая или сопротивляющаяся движению, вызванная столкновениями движущихся объектов с молекулами жидкости, такой как воздух или вода. Это похоже на поверхностное трение, поскольку оба противодействуют движению, но сопротивление возникает именно в движущихся жидкостях. Сопротивление увеличивается, если объект увеличивает свою скорость, имеет большую площадь поперечного сечения или если жидкость, через которую он движется, более плотная.

[2]

Перетаскивание заставляет предметы падать с разными постоянными скоростями и вызывает потери энергии при транспортировке. Гравитация без сопротивления заставляет все объекты падать одинаково: с ускорением 90,8 м/с ² по направлению к Земле. Следовательно, все объекты должны падать с одинаковой скоростью, независимо от массы, но ясно, что перо падает не так, как кирпич. Сопротивление, действующее на объект, замедляет падающие объекты.

Экспериментально аэродинамические трубы, подобные показанным на рис. 2, упрощают измерение сопротивления.

Эквивалент

Рис. 2. Volkswagen XL1 в аэродинамической трубе, где отчетливо видны его обтекаемые формы. ^[3]

Уравнение силы сопротивления зависит от трех указанных выше факторов и может быть записано как: 92[/математика]

где

• [math]F_{drag}[/math] — сила сопротивления в направлении, противоположном направлению скорости
• [math]C[/math] — коэффициент аэродинамического сопротивления
• [math]\rho[/math] — плотность жидкости (воздух 1,2 кг/м ³ в условиях STP)
• [math]A[/math] — площадь поперечного сечения (см. рис. 2)
• [math]v[/math] — скорость объекта

Это уравнение является приблизительным и работает только для обычных объектов (размером от нескольких миллиметров до нескольких метров) и обычных скоростей (не более несколько метров в секунду), поэтому он не может описать движение очень маленьких объектов, таких как пыль, или очень быстрых объектов, таких как пули.

^[2]

Поток воздуха через ветряную турбину заставляет турбину вращаться из-за столкновения частиц с турбиной. Может показаться странным, что на неподвижный объект может влиять сопротивление воздуха, но сопротивление воздуха возникает, когда между воздухом и объектом существует относительное движение, поэтому его можно рассматривать так, как если бы турбина двигалась сквозь неподвижный ветер. Ветер замедляется при контакте с турбиной, и эти столкновения в сочетании с формой лопастей турбины позволяют ей вращаться, обеспечивая энергию ветра.

Посетите НАСА, чтобы прочитать об аэродинамическом сопротивлении.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (C)

Коэффициент аэродинамического сопротивления в уравнении сопротивления является довольно сложным и зависит от различных факторов, таких как перечисленные выше, а также включает вязкость воздуха и степень сжимаемости жидкости. ^[5] Обычно определяется экспериментально, путем измерения объекта в ветрокамере. Для получения более подробной информации о том, как рассчитывается аэродинамическое сопротивление, посетите сайт НАСА. На рисунке 3 ниже показан коэффициент сопротивления [math]C[/math] для различных форм. Обратите внимание, что [math]C[/math] не имеет единиц измерения, и для вычисления силы нужно также умножить на площадь на рисунке.

Рисунок 3. Различные объекты имеют разные коэффициенты сопротивления [math]C[/math]. Эти коэффициенты зависят от формы их площади поперечного сечения и многих других факторов. Один и тот же объект может иметь разную силу сопротивления, как показано здесь. ^[6]

Ссылки

1. ↑ Викимедиа. (2 августа 2016 г.). Volkswagen XL1 [Онлайн], доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volkswagen_XL1.jpg
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2} Р. Д. Найт, «Перетаскивание» в «Физика для ученых и инженеров: стратегический подход», , 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, глава 6, раздел 5, стр.