Samochodem przez fizykę - dynamiczny opis ruchu samochodu

Prezentacja na temat: "Samochodem przez fizykę - dynamiczny opis ruchu samochodu"— Zapis prezentacji:

1 Samochodem przez fizykę - dynamiczny opis ruchu samochodu

2 SPIS TREŚCI 1 Jakie siły działają na stojący samochód:
2 Dlaczego samochód przyspiesza: 3 Jakie siły działają na samochód podczas jazdy. 4 Jakie siły działają na człowieka w samochodzie. 5.Wyjście.

3 Jakie siły działają na stojący samochód - - Na poziomym podłożu
Obie siły równoważą się przez co ciało pozostaje w spoczynku. Siła Fs – siła sprężystości podłoża Fg -siła grawitacji Fg+Fs=O

4 Siła grawitacji – jest to skierowana ku środkowi ziemi siła, z jaką ziemia przyciąga wszystkie obiekty (martwe i żywe). Siła ta jest wprost proporcjonalna do masy ciała: Współczynnik proporcjonalności g zależy w niewielkim stopniu od szerokości geograficznej ; w Polsce równy jest:

5 Pochodzenie siły nacisku podłoża na spoczywający na nim obiekt jest takie samo, jak pochodzenie siły, z jaką sprężyna przeciwstawia się zmianom swego kształtu – stąd nazwa siła sprężystości podłoża. W odróżnieniu od sprężyny, której odkształcenie łatwo zauważyć, odkształcenie podłoża jest zwykle znikomo małe, niewidoczne gołym okiem, o tym, że siła nacisku podłoża działa na koło, świadczy wyraźne odkształcenie opony.

6 Samochód na stromym podłoży (równia pochyla)

7 Samochód na stromym podłoży (równia pochyła)
Podczas ruchu ciała po równi pochyłej siła wykonuje pracę na drodze L. Pracę tę oblicza się ze wzoru: Gdy to samo ciało podnosisz na tę samą wysokość (h) pionowo do góry, tzw. bez użycia równi, wykonaną pracę oblicza się następująco:  Z zasady zachowania energii wynika, że obie wykonane prace są sobie równe, więc: Równanie to można zapisać w postaci Z powyższej równości wynika, że Wartości siły, którą należy działać, przesuwając ciało na równi pochyłej, jest tyle razy mniejsza od wartości jego ciężaru, ile razy wysokość równi jest mniejsza od jej długości.

8 Samochód na stromym podłoży (równia pochyła)
Watość składowej prostopadłej obliczmy ze wzoru: Gdy samochód stoi to siła F musi być zrównoważona. Tę siłę działającą zawsze stycznie do podłoża i przeciwdziałająca względem ruchowi stykających się powierzchni nazywamy siłą tarcia spoczynkowego (na rysunku F1) Nasuwa się pytanie, jaką rolę w tym, że samochód stoi odgrywa hamulec samochodu? Oczywiście zapobiega obracaniu się kół. Unieruchomienie kół względem karoserii zawdzięczamy także sile tarcia spoczynkowego między klockami hamulcowymi a tarczą hamulca tarczowego (lub między okładzinami szczęk hamulcowych a bębnem hamulca bębnowego)

9 Tabela typowych współczynników tarcia spoczynkowego
Rodzaj powierzchni Wartość współczynnika Stal po stali 0,15 Stal po drewnie 0,5 Stal po lodzie 0,027 Opona po suchej betonowej szosie 1,0 wartość zależna od rodzaju i stanu bieżnika i ciśnienia w oponie Opona po mokrej Doświadczenie dowodzi, że wartość siły tarcia spoczynkowego nie może przekroczyć pewnej wartości , granicznej F1 max , która jest wprost proporcjonalna do siły nacisku Współczynnik proporcjonalności fs zależy od rodzaju stykających się powierzchni, od ich obróbki, wilgotności i zanieczyszczeń.

10 Dlaczego samochód przyspiesza
Newtonowskie zasady dynamiki b) Zasady zachowania pędu

11 I-Zasada dynamiki Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

12 II-Zasada dynamiki Przyspieszenie Siła masa
Jeśli siły działające na ciało nie równoważą się (czyli siła wypadkowa jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała. Przyspieszenie Siła masa

13 Definicja jednostki siły
Niuton – jednostka siły w układzie SI (jednostka pochodna układu SI), oznaczana N. 1 N to siła, z jaką trzeba działać na ciało o masie 1 kg, aby nadać mu przyspieszenie równe 1 m/s² 1N = 1kg *

14 Zastosowania II-Zasada dynamiki
Można obliczyć przyspieszenia auta Z jakim przyspieszeniem porusza się samochodzik o masie 150g, na który działa stała siła 2N? Dane: m= 150g= 0,15kg F= 2N a= ? Należy skorzystać ze wzoru: Obliczenia: Odpowiedź: Samochodzik porusza się z przyspieszeniem równym 13,333…

15 III Zasada dynamiki Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne. Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają takie same wartości, taki sam kierunek, przeciwne zwroty i różne punkty przyłożenia (każda działa na inne ciało).

16 Zasada zachowania pędu
Pęd w mechanice – wielkość fizyczna opisująca ruch obiektu fizycznego. Pęd mogą mieć wszystkie formy materii, np. ciała o niezerowej masie spoczynkowej, pole elektromagnetyczne, pole grawitacyjne. p – Pęd m – Masa ciała v - Prędkość ciała

17 Pęd ciała to wektor równy iloczynowi masy prędkości ciała
_ Zmiana pędu jest proporconalna do przyłożenia siły, czasu jej działania Pęd całkowity układu ciał, na który nie działają siły zewnętrzne, jest stały, niezależny od zjawisk zachodzących wewnątrz tego układu. Jest to jedno z najważniejszych praw fizyki zwane zasada zachowania pędu. Prawo to ma bardzo szerokie zastosowanie : służy do analizy skutków zderzeń, zarówno samochodów i kul bilardowych oraz atomów i cząsteczek elementarnych. Wyjaśnia także istotę napędu rakiet i samolotów odrzutowych.

18 Jakie siły działają na samochód podczas jazdy?
Dopóki nie wynaleziono koła, głównym hamulcem ruchu były siły tarcia: spoczynkowego i poślizgwego. Siła tarcia poślizgowego pojawia się przy ruchu względnym stykających się powierzchni i znika z chwilą ustania ruchu. Tarcie poślizgowe jest podstawą działania hamulców pojazdów kołowych.

19 Na ciało przesuwające się ruchem postępowym po podłożu działa siła tarcia poślizgowego styczna do ślizgającej się powierzchni i o zwrocie przeciwnym do zwrotu prędkości ciała względem podłoża. Ciekawostka W przypadku koła samochodowego toczącego się po asfalcie współczynnik f bardzo silnie maleje ze wzrostem ciśnienia w oponach. Wielu kierowców zapomina o tym, że tarcie toczne zależy od stanu napompowania opon i jeżdżąc na zbyt miękkich oponach dziwi się nadmiernemu zużyciu paliwa w samochodzie.

20 f = współczynnik tarcia
Siła tarcia Zależy od: Chropowatości podłoża Prędkości pojazdu Siły nacisku FN FT = f * FN F= Siła ciągu silnika FT = Siła tarcia f = współczynnik tarcia

21 Inne siły działające na samochód podczas jazdy
Siła oporu powietrza Tarcie toczne Przy dużych prędkościach samochodu najważniejszym oporem ruchu staje się opór powietrza. W zakresie prędkości typowych dla samochodów siła oporu powietrza jest proporcjonalna do kwadratu prędkości ruchu ciała względem powietrza. Zwiększając prędkość dwa razy, zwiększymy cztery razy siłę oporu. Ft - Siła tarcia tocznego f–współczynnik tarcia tocznego r- promień koła Fop. =1/2 Cgv²S g–gęstość powietrza g=1,3 kg/m v- prędkość względem ośrodka S- powierzchnia przekroju ciała płaszczyzną prostopadłą do kierunku ruchu C- aerodynamiczny współczynnik kształtu ok. 0,4

22 Jaka siła sprawia, że samochód przyspiesza, rozpędza się, hamuje i zakręca
W przypadku samochodu jadącego bez poślizgu po poziomej szosie żadna z poznanych sił zewnętrznych działających na samochód w kierunku poziomym nie jest kontrolowana przez kierowcę: ani tarcie toczne, ani opór powietrza. Jedyną siłą zewnętrzną, która może być odpowiedzialna za przyśpieszenia samochodu zamierzone przez kierowcę, jest siła tarcia spoczynkowego opon samochodu o podłoże. Przy toczeniu koła bez poślizgu chwilowa prędkość względem podłoża tych punktów koła, które w danej dotykają podłoża, jest równa 0

23 Jaka siła sprawia, że samochód przyspiesza, rozpędza się, hamuje i zakręca
Względem samochodu punkty te poruszają się w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu samochodu. Wartość ich prędkości względem samochodu jest równa wartości prędkości ruchu postępowego samochodu. W ciągu jednego pełnego obrotu koła oś obrotu przesuwa się w kierunku prostopadłym do niej o odległość równą obwodowi koła. Każdej zmianie szybkości obrotu kół lub zmianie kierunku osi obrotu musi towarzyszyć odpowiednia zmiana wartości lub kierunku prędkości samochodu – inaczej nastąpi poślizg. Siłą zapobiegającą poślizgowi jest siła tarcia spoczynkowego. To ona rozpędza samochód, gdy kierowca ,,dodając gazu” chce zwiększyć obroty silnika i sprężonych z nim kół, to ona hamuje samochód, gdy kierowca zaczyna hamować obrót kół naciskając pedał hamulca, i to ona obraca samochód, gdy kierowca kręcąc kierownicą zmienia kierunek osi obrotu przednich kół.

24 Tabele współczynników tarcia
Tarcie poślizgowe Tarcie toczne Rodzaj powierzchni Wartość Twarde drewno po twardym drewnie 0,0005 m Żelazo po żelazie lub stali 0,00005 m Stalowe kulki w łożyskach 0, m Rodzaj powierzchni trących Wartość współczynnika Stal po stali 0,09-0,03 Stal po stali ze smarem 0,0009 Stal po lodzie 0,014 Opona o suchy beton 0,7 (zmienne)

25 JAKIE SIŁY DZIAŁAJĄ NA CZŁOWIEKA W SAMOCHODZIE?
Dopóki samochód jedzie ze stałą prędkością po gładkiej szosie, odczucia siedzącego w nim pasażera nie różnią się zbytnio od odczuć człowieka siedzącego w domu w fotelu i oglądającego telewizję ponieważ obowiązuje zasada bezwładności.

26 Zasada bezwładności Jeżeli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

27 Zasada bezwładności Bezwładność przejawiana jest, np. podczas jazdy samochodem. Z chwilą kiedy samochód gwałtownie rusza nasze ciało pochyla się do tyłu, a kiedy ostro hamuje poruszamy się do przodu ponieważ nasze ciało zachowuje swój początkowy stan, a tylko nogi poruszają się wraz z podłogą samochodu. Masa ciała jest miarą jego bezwładności.

28 Zasada bezwładności Bezwładność ciała polega na dążeniu tego ciała do zachowania swego stanu ruchu. Jeżeli ciało spoczywa to chce spoczywać dalej, a jeżeli ciało porusza się to chce się poruszać dalej.

29 Jakie siły działają na człowieka w samochodzie?
Choć podczas przyspieszenia czy też hamowania zdaje się nam, że działa na nas jakaś siła, to mielibyśmy ogromne trudności ze wskazaniem ciała, które tę siłę wywiera. Żadne ciało nie pcha nas wstecz przy rozpędzaniu, a w przód przy hamowaniu.

30 Jakie siły działają na człowieka w samochodzie?
W rzeczywistości żadna siła nie wciska nas w oparcie fotela rozpędzającego się samochodu- to oparcie naciska na nas siłą potrzebną do nadania nam przyspieszenia równego przyspieszeniu samochodu. Gdybyśmy stali na wrotkach na platformie przyspieszającej ciężarówki, wówczas platforma wyjechałaby spod nas, a my zachowalibyśmy swą poprzednią prędkość względem ziemi, spełniając zasadę bezwładności. Podobne są przyczyny tego, że „coś pcha nas do przodu przy hamowaniu”, nic nas nie pcha na pasy bezpieczeństwa, to pasy naciskają na nas, aby nas zahamować. Pasy albo siła tarcia spoczynkowego naszego ubrania o fotel samochodu zapobiegają utrzymywaniu przez nas stałej prędkości.

31 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)

32 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)

33 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia przechodnia)
Z punktu widzenia obserwatora zewnętrznego samochodu fotel wywiera dodatkowy nacisk na pasażera, by nadać mu przyspieszenie. Zasada równej akcji i reakcji (III zasada dynamiki) zapewnia, że i pasażer mocniej ciśnie na fotel.

34 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia pasażera)

35 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia pasażera)

36 Pasażer w samochodzie przyspieszającym i hamującym (punkt widzenia pasażera)
Z punktu widzenia obserwatora w samochodzie na pasażera działa siła bezwładności zwiększająca jego nacisk na oparcie fotela. Zasada równej akcji i reakcji zapewnia, że i fotel zwiększa nacisk na pasażera.

37 Jędrzej Chwaliński Kamil Giżyński Łukasz Klimczyk Adrian Szumiński
WYKONAWCY: Jędrzej Chwaliński Kamil Giżyński Łukasz Klimczyk Adrian Szumiński

38 BIBLIOGRAFIA Francuz-Ornat G., Kulawik T., Nowożytny-Różańska M.: Spotkania z fizyką. Podręcznik dla gimnazjum część 2, Nowa Era, Warszawa 2011 Internet M:&imgrefurl= pulpit.com/&docid=bQO48g130FEJ1M&imgurl= rajdowy.na-pulpit.com/zdjecia/samochod-mercedes- rajdowy.jpeg&w=1024&h=768&ei=0cKqT4P7ONTZ4QSi1vzqDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=1079& vpy=476&dur=1&hovh=194&hovw=259&tx=128&ty=104&sig= &page =2&tbnh=155&tbnw=225&start=25&ndsp=30&ved=1t:429,r:16,s:25,i:226 HGN5zbHoPtM:&imgrefurl= piekny,i,wsciekly,klasyk,829.html&docid=ivW9jVEHVYMy_M&imgurl= /archiwum/amerykany/aktualnosci/shelby/shelby_gt500_67_protouring_style/THUMBS/TH UMB_WIDE_1967_Mustang_Shelby_GT500_RestoMod_04.jpg&w=610&h=316&ei=U8WqT9 b2HM_S4QS7o_2EBA&zoom=1&iact=rc&dur=459&sig= &page=5&tb nh=90&tbnw=173&ndsp=49&ved=1t:429,r:30,s:184,i:69&tx=79&ty=51 3) Encyklopedia Fizyka