Как рассчитать силу, необходимую для движения автомобиля

Знание силы, необходимой для перемещения автомобиля, необходимо при проектировании автомобиля или любого другого транспортного средства – от железнодорожных вагонов до космического челнока. К счастью, есть простые физические законы, которые управляют этим типом движения, которые универсально применимы. Эта статья объясняет второй закон Ньютона, поскольку он относится к ускорению автомобиля.

Содержание

Используйте второй закон Ньютона

Шаг 1

Используйте второй закон Ньютона, который гласит, что всякий раз, когда два или более объектов взаимодействуют друг с другом, на них действует сила. Существует два основных типа сил: силы контакта (приложенная сила, трение и др.) И силы на расстоянии или силы поля (гравитационные, электрические и магнитные).

Шаг 2

Сосредоточиться на приложении силы к машине. Если автомобиль находится на ровной поверхности, и трение незначительно (что верно, если оно накачало шины и медленно движется), то сила, необходимая для ускорения автомобиля, определяется как сила = ускорение массы или F = M x a. В соответствии с этим даже очень небольшая сила достаточна, чтобы двигаться, хотя и медленно.

Используя массу «М» рассматриваемого автомобиля в килограммах (1 кг = 2,2 фунта) и ускорение «а», желаемое в метрах в секунду в квадрате, вставьте параметры во второе уравнение закона Ньютона, чтобы получить силу «F», требуемую в килограмм метров в секунду в квадрате, что эквивалентно базовой единице силы, Ньютон.

Если машина на склоне

Шаг 1

Рассмотрим перпендикулярную составляющую нисходящей силы в дополнение к силе, необходимой для ускорения.

Шаг 2

Рассчитайте нисходящую силу, вызванную силой тяжести, умножив массу автомобиля в килограммах на стандартную постоянную ускорения силы тяжести, 9,8 метра в секунду в квадрате.

Рассчитайте перпендикулярную составляющую этой силы, умножив ее на косинус 90 градусов минус наклон, который также можно назвать тета, как показано на рисунке (прижимная сила x cos (90-уклон) = прижимная сила x cos (theta ) = перпендикулярная составляющая силы). Например: оранжевый джип, показанный выше, весит 3200 фунтов (1450 кг) и сидит на наклоне 30 градусов. Сила гравитации, действующая на джип в направлении, в котором он может катиться (перпендикулярная составляющая силы), представляет собой нисходящую силу (9,8 x 1450 = 14 250 ньютонов), умноженную на косинус 90 минус наклон (cos (90-30) = 0,5), что составляет 14 250 x 0,5 = 7 125 ньютонов. Это означает, согласно второму закону Ньютона, что если бы джип мог свободно катиться, он ускорился бы вниз по склону на 7 125 ньютонов, разделенных на 1450 кг, что равно 5 метрам в секунду в квадрате. После одной секунды вращения джип будет двигаться со скоростью 5 метров в секунду или 11 миль в час.

Чаевые

Убедитесь, что вы используете стандартные научные единицы: килограммы, метры, секунды и ньютоны. Используйте здравый смысл при работе с уклонами. Если машина наклонена вниз, она захочет катиться таким образом.