Как найти силу тока в цепи

Разновидности сил сопротивления

Существует несколько типов силы сопротивления, отличающихся по характеру воздействия на движущиеся предметы.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качению обозначается, как Pf. В данном случае сила определяется несколькими факторами:

  • разновидность и состояние опоры, по которой перемещается объект;
  • скорость движения тела;
  • давление воздуха и другие параметры окружающей среды.

Состояние и тип опорной поверхности определяет величину коэффициента сопротивления качению, который обозначается f. Если в среде повышается температура, и возрастает давление, то данный показатель будет уменьшаться.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха или величина лобового столкновения Pв образуется в результате различных показателей давления. Данная характеристика напрямую зависит от интенсивности вихреобразования спереди и сзади движущегося предмета. Указанные параметры определяются формой перемещающегося тела.

Примечание

Большее влияние на силу сопротивления будет оказывать вихреобразование в передней части объекта. Если плоскостенную фигуру закруглить спереди и сзади, то получится снизить сопротивление до 72%.

Рассчитать силу лобового сопротивления можно по формуле:

\($$P=cx\times p\times F_{b}$$\)

сх — обтекаемость или коэффициент лобового сопротивления; p — плотность воздуха; Fв — площадь лобового сопротивления (миделевого сечения).

Во время поступательного движения масса объекта встречает сопротивление разгону, то есть ускорению. Найти данную силу можно с помощью второго закона Ньютона.

\($$Pj=m\times dVdt$$\)

где m выражает массу движущегося объекта, а \(dVdt\) обозначает ускорение центра масс.

Как найти трение

Определить силу сопротивления можно, если применить третий закон Ньютона. Для того чтобы предмет равномерно перемещался по опоре в горизонтальном направлении, к нему необходимо приложить силу, соизмеримой с силой сопротивления. Корректно рассчитать данные величины можно с помощью динамометра. Сила сопротивления будет прямо пропорциональна массе объекта. Более точные расчеты производятся с учетом u коэффициента, который зависит от следующих факторов:

  • материал, из которого изготовлено опорное основание;
  • материал, из которого состоит перемещаемое тело.

Рассчитывая силу сопротивления, используют постоянную величину g, равную 9,8 метров на сантиметр в квадрате. При этом если движение тела происходит на определенной высоте, на него оказывает воздействие сила трения воздуха. Данная величина зависит от скорости, с которой движется предмет. Искомая величина определяется с помощью следующей формулы только при условии, что предмет перемещается на небольшой скорости:

\($$F=V\times a$$\)

где V является скоростью перемещения тела, a — коэффициентом сопротивления среды.

Силы, действующие на автомобиль

Независимо
от того, движется автомобиль, или он
неподвижен, на него действует сила
тяжести (вес)
,
направленная отвесно вниз. Сила тяжести
прижимает колеса автомобиля к дороге.
Равная ей и направленная вверх действует
сила реакции дороги.

Равнодействующая
этих сил размещена в центре тяжести.
Распределение веса автомобиля по осям
зависит от расположения центра тяжести.
Чем ближе к одной или другой оси центр
тяжести, тем большей будет нагрузка на
эту ось.
На груженых легковых автомобилях
нагрузка на оси распределяется поровну.
Большое влияние на устойчивость и
управляемость автомобиля имеет
расположение центра тяжести. Чем выше
центр тяжести, тем менее устойчивым
будет автомобиль.

Если
автомобиль находится на горизонтальной
поверхности, то сила тяжести направлена
отвесно вниз. На наклонной поверхности
она раскладывается на две силы, одна из
которых прижимает колеса к поверхности
дороги, а другая стремится опрокинуть
автомобиль.

Во
время движения, кроме силы тяжести, на
автомобиль действует и ряд других сил,
на преодоление которых затрачивается
мощность двигателя.

Сила
инерции движения
 –
величина, которая состоит из силы,
необходимой для ускорения движения, и
силы, необходимой для углового ускорения
вращающихся частей автомобиля. Движение
автомобиля возможно только при условии,
что его колеса будут иметь достаточное
сцепление с поверхностью дороги. Если
сила сцепления будет недостаточной
(меньше величины силы тяги ведущих
колес), то колеса пробуксовывают.

Сила
сцепления с дорогой
 
зависит от веса, приходящегося на колесо,
от состояния покрытия дороги, давления
воздуха в шинах и рисунка
протектора.
Коэффициент сцепления
зависит от вида
покрытия дороги и от
его состояния: наличие влаги, грязи,
снега, льда.

п/п

Покрытиедороги

Коэффициент
сцепления
на
сухой поверхности

Коэффициент
сцепления
на
мокрой поверхности

1

Асфальтобетонное

0,70
— 0,80

0,30
— 0,40

2

Щебенчатое

0,60
— 0,70

0,30
— 0,40

3

Булыжное

0,50
— 0,60

0,30
— 0,35

4

Грунтовые
дороги

0,50
— 0,60

0,30
— 0,40

5

Глина

0,50
— 0,60

0,20
— 0,40

6

Песок

0,50
— 0,60

0,40
— 0,50

7

Уплотненный
снег

0,20
— 0,30

8

Обледенелая
дорога

0,08
— 0,10

На
дорогах с асфальтобетонным покрытием
коэффициент сцепления резко уменьшается,
если на поверхности имеется влажная
грязь, пыль. В жаркую погоду на асфальте
появляется маслянистая пленка из
выступающего битума, которая снижает
коэффициент сцепления.

Уменьшение
коэффициента сцепления колес с дорогой
наблюдается также при увеличении
скорости движения на сухой дороге с
асфальтобетонным покрытием с 30 до 60
км/час, коэффициент сцепления уменьшается
на 0,15.
 

Сила
сопротивления качению
 –
сила, затрачиваемая на:

  1. деформирование
    шины и дороги;

  2. трение
    шины о дорогу;

  3. трение
    в подшипниках ведущих колес.

Сила
сопротивления воздуха
 –
величина этой силы зависит от формы или
обтекаемости автомобиля, относительной
скорости движения и плотности воздуха.

Значение
коэффициента лобового сопротивления
и лобовая площадь определяется
заводом-изготовителем. Изменение этих
параметров может произойти из-за
установки на кузове-кабине автомобиля
разных вспомогательных устройств:
дополнительное зеркало заднего вида,
багажник на крыше автомобиля.В большинстве
случаев это отрицательно сказывается
на эксплуатационных свойствах
автомобиля.
Установка на крыше
автомобиля багажника и езда с ним без
груза увеличивает силу сопротивления
воздуха настолько, что расход
топлива возрастает на 5% – 10%
.
Особенно опасно изменение обтекаемости
автомобиля при его движении. Если при
движении автомобиля со скоростью более
80 км/час открыть, а затем захлопнуть
боковую дверь, то весьма вероятна, даже
на сухой дороге, потеря автомобилем
курсовой устойчивости.

Сила
сопротивления подъему
 –
зависит от веса автомобиля и угла
подъема.
Опрокидывающая сила –
действует на автомобиль при торможении
и разгоне.

Безопасность движения и тормозной момент

Серьезной проблемой является обеспечение безопасности эксплуатации автотранспортных средств. Автомобиль остается самым опасным транспортным средством, так как, имея массу от 1 до 50 т, он может двигаться со скоростью до 200 км/ч, удерживаясь на дороге только за счет трения колес о ее поверхность. Кинетическая энергия движущегося автомобиля опасна для окружающих.

Единственный способ справиться в критической ситуации с огромной энергией автомобиля — это своевременно снизить его скорость, т. е. притормозить. Торможение — одна из основных фаз движения любых транспортных средств, которое неоднократно повторяется в процессе работы и практически всегда завершает этот процесс.

Торможение может быть рабочее, аварийное, стояночное, а также служебное и экстренное. Экстренное и служебное торможения отличаются друг от друга интенсивностью, т. е. величиной замедления автомобиля. Экстренные торможения выполняются с максимальной интенсивностью и составляют 5-10 % общего числа торможений. Служебные торможения применяют для остановки автомобиля в заранее намеченном месте или для плавного уменьшения его скорости. Замедление автомобиля при служебном торможении в 2-3 раза меньше, чем при экстренном.

Для интенсивного поглощения кинетической энергии движущегося автомобиля используют тормозные механизмы, которые создают на колесах искусственное сопротивление движению. При этом на ступицы колес автомобиля действуют тормозные моменты Мтор, а между колесом и дорогой возникают касательные реакции дороги (тормозные силы Ртор) направленные навстречу движения.

Величина тормозного момента Мтор, создаваемого тормозным механизмом, зависит от его конструкции и давления в тормозном приводе. Для наиболее распространенных типов привода — гидравлического и пневматического — сила нажатия на тормозную колодку прямо пропорциональна давлению в приводе при торможении. Тормозной момент может быть определен по формуле

Мтор=хтР0, (2.1)

где хт — коэффициент пропорциональности;

Р0 — давление в тормозном приводе.

Коэффициент хт зависит от многих факторов (температуры, наличия воды и т. д.) и может изменяться в широких пределах .

1. Калькулятор рассеиваемой мощности и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.

Демо закона Ома в реальном времени.
Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.
Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт  
 
Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.
В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.
 

Центробежная сила

Во вращающейся системе отсчета наблюдатель испытывает на себе действие силы, уводящей его от оси вращения.

Вам, наверное, доводилось испытывать неприятные ощущения, когда машина, в которой вы едете, входила в крутой вираж. Казалось, что сейчас вас так и выбросит на обочину. И если вспомнить законы механики Ньютона, то получается, что раз вас буквально вдавливало в дверцу, значит на вас действовала некая сила. Ее обычно называют «центробежная сила». Именно из-за центробежной силы так захватывает дух на крутых поворотах, когда эта сила прижимает вас к бортику автомобиля. (Между прочим, этот термин, происходящий от латинских слов centrum («центр») и fugus («бег»), ввел в научный обиход в 1689 году Исаак Ньютон.)

Стороннему наблюдателю, однако, всё будет представляться иначе. Когда машина закладывает вираж, наблюдатель сочтет, что вы просто продолжаете прямолинейное движение, как это и делало бы любое тело, на которое не оказывает действия никакая внешняя сила; а автомобиль отклоняется от прямолинейной траектории. Такому наблюдателю покажется, что это не вас прижимает к дверце машины, а, наоборот, дверца машины начинает давить на вас.

Впрочем, никаких противоречий между этими двумя точками зрения нет. В обеих системах отсчета события описываются одинаково и для этого описания используются одни и те же уравнения. Единственным отличием будет интерпретация происходящего внешним и внутренним наблюдателем. В этом смысле центробежная сила напоминает силу Кориолиса (см. Эффект Кориолиса), которая также действует во вращающихся системах отсчета.

Поскольку не все наблюдатели видят действие этой силы, физики часто называют центробежную силу фиктивной силой или псевдосилой. Однако мне кажется, что такая интерпретация может вводить в заблуждение. В конце концов, едва ли можно назвать фиктивной силу, которая ощутимо придавливает вас к дверце автомобиля. Просто всё дело в том, что, продолжая двигаться по инерции, ваше тело стремится сохранить прямолинейное направление движения, в то время как автомобиль от него уклоняется и из-за этого давит на вас.

Чтобы проиллюстрировать эквивалентность двух описаний центробежной силы, давайте немного поупражняемся в математике. Тело, движущееся с постоянной скоростью по окружности, движется с ускорением, поскольку оно всё время меняет направление. Это ускорение равно v2/r, где v — скорость, а r — радиус окружности. Соответственно, наблюдатель, находящийся в движущейся по окружности системе отсчета, будет испытывать центробежную силу, равную mv2/r.

Теперь обобщим сказанное: любое тело, движущееся по криволинейной траектории, — будь то пассажир в машине на вираже, мяч на веревочке, который вы раскручиваете над головой, или Земля на орбите вокруг Солнца — испытывает на себе действие силы, которая обусловлена давлением дверцы автомобиля, натяжением веревки или гравитационным притяжением Солнца. Назовем эту силу F. С точки зрения того, кто находится во вращающейся системе отсчета, тело не движется. Это означает, что внутренняя сила F уравновешивается внешней центробежной силой:

    F = mv2/r

Однако с точки зрения наблюдателя, находящегося вне вращающейся системы отсчета, тело (вы, мяч, Земля) движется равноускоренно под воздействием внешней силы. Согласно второму закону механики Ньютона, отношение между силой и ускорением в этом случае F = ma. Подставив в это уравнение формулу ускорения для тела, движущегося по окружности, получим:

    F = ma = mv2/r

Но тем самым мы получили в точности уравнение для наблюдателя, находящегося во вращающейся системе отсчета. Значит, оба наблюдателя приходят к идентичным результатам относительно величины действующей силы, хотя и исходят из разных предпосылок.

Это очень важная иллюстрация того, что представляет собою механика как наука. Наблюдатели, находящиеся в различных системах отсчета, могут описывать происходящие явления совершенно по-разному. Однако, сколь бы принципиальными ни были различия в подходах к описанию наблюдаемых ими явлений, уравнения, их описывающие, окажутся идентичными. А это — не что иное, как принцип инвариантности законов природы, лежащий в основе теории относительности.

Расчет сил тяги исопротивления движениюСтраница 1

При расчете тяговой силы (РТ) пользуются значениями скоростной характеристики двигателя.

Для расчета эффективной тяговой силы необходимо знать значения радиуса колеса (rк), передаточного числа трансмиссии и скорость движения автомобиля на различных передачах при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя.

Радиус колеса для различных типов шин может быть определен по ГОСТ, в котором регламентированы статические радиусы для ряда значений нагрузки и давления воздуха в шинах.

Кроме того, радиус колеса (в метрах), можно рассчитать по номинальным размерам шины, используя выражение:

rк = 0,5d+∆·λш·Вш = 0,5·0,4064+0,75·0,87·0,225=0,35, (2.1)

где d – диаметр обода колеса, м;

Вш – ширина профиля шины, м;

∆=Н/В — отношение высоты профиля к ширине в процентах;

λш – коэффициент смятия шины (для стандартных шин легковых автомобилей λш = 0,84…0,88)

Для определения скорости движения задается ряд значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (ne, об/мин): 500, 1000, 1500, .,nемах. Значения скорости движения (Vа, м/с), соответствующие указанному ряду частот, рассчитывают по формуле:

, (2.2)

где Va – скорость автомобиля, м/с;

iтр — передаточное отношение трансмиссии.

м/с,

Передаточное отношение трансмиссии автомобиля определяется передаточным отношением основной коробки передач (iк), делителя (iд) и главной передачи (iо):

iтр = iк× iд× iо , (2.3)

где iк – передаточное число основной коробки передач;

iд – передаточное число дополнительной коробки передач (раздаточная коробка, делитель, демультипликатор);

iг – передаточное число главной передачи.

iI = 3,636·3,9 = 14,18,

iII = 1,95·3,9 = 7,605,

iIII = 1,357·3,9 = 5,29,

iIV = 0,941·3,9 = 3,67,

iV = 0,784·3,9 = 3,06,

Движение автотранспортного средства определяется действием сил тяги и сопротивления движению. Совокупность всех сил, действующих на автомобиль, выражает уравнения силового баланса:

Рi = Рд+ Ро+ Pтр+ Р+ Pw + Pj ,(2.4)

где: Pi — индикаторная сила тяги, H;

Рд, Ро, Pтр, P, Pw, Pj — соответственно силы сопротивления двигателя, вспомогательного оборудования, трансмиссии, дороги, воздуха и инерции, H.

Значение индикаторной силы тяги можно представить в виде суммы двух сил:

Рi = Рд + Ре , (2.5)

где Pе — эффективная сила тяги, H.

Значение Pе рассчитывается по формуле:

=, (2.6)

где: Mе — эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

r — радиус колес, м

i- передаточное число трансмиссии.

Если в задании на курсовую работу положение дроссельной заслонки не указывается, то зависимость эффективной силы тяги строят для случая работы двигателя при полной подаче топлива (100% открытии дросселя).

В этом случае, значение Mе принимают по внешней скоростной характеристике двигателя, которую можно найти в соответствующей технической литературе.

Значения силы сопротивления двигателя Рд, приведенной к ведущим колесам автомобиля, определяются по формуле:

, (2.7)

где : Vh — рабочий объём цилиндров двигателя (литраж), л;

Sп — ход поршня, м;

— число ходов поршня за один цикл (тактность ДВС);

pдо — среднее давление механических потерь при вращении вала с предельно низкой частотой (nе≈ 0), МПа;

kД — коэффициент, учитывающий увеличение давления механических потерь при повышении скорости движения поршней в цилиндрах, МПа с/м.

Силу сопротивления вспомогательного оборудования автомобиля (Pо), приведенную к ведущим колесам, определяют по формуле:

Страницы: 1 

Определение параметров конца расширения
Давление конца расширения Давление конца расширения в двигателе с воспламенением от сжатия определяется из следующего выражения: (29) где — степень последующего расширения; — средний показатель политропы расширения. (30) (31) Температура конца расширения В конце расширения температура высчитывается …

Материалы и общие условия
Для зубчатых колес трансмиссии автомобилей применяем легированные конструкционную сталь 35Х. Термической обработкой достигается высокая твердость рабочих поверхностей зубьев и необходимая прочность их вязкой сердцевины. Хромистая сталь с содержанием углерода 0,35% и более (35Х) подвергается цианиро …

Оценка рентабельности
Чистая прибыль АТП Пч, руб, Пч=Пб — Плб=Пост — 0,375*ПР = 269623,7 – 0,375*38237,5 = 255284,6 руб. где Плб — платежи в бюджет, руб. Рентабельность продаж Rп, % Rп=Пб/В*100 =1439255,4/ 8224317*100% = 17 % Рентабельность основной деятельности Rод, % Rод=Пб/(SCi+Нпд)*100 = 1439255,4/(6579453,6 + 20560 …

Как рассчитать и измерить силу трения

Чтобы понять, как измеряется сила трения, нужно понять, какие факторы влияют на величину силы трения. Почему так трудно двигать холодильник?

Самое очевидное — его масса играет первостепенную роль. Можно вытащить из него все продукты и тем самым уменьшить его массу, и, следовательно, силу давления холодильника на опору (пол). Пустой холодильник сдвинуть с места гораздо легче!Следовательно, чем меньше сила нормального давления тела на поверхность опоры, тем меньше и сила трения. Опора действует на тело с точно такой же силой, что и тело на опору, только направленной в противоположную сторону. 

Сила реакции опоры обозначается N. Можно сделать вывод

Второй фактор, влияющий на величину силы трения, — материал и степень обработки соприкасающихся поверхностей. Так, двигать холодильник по бетонному полу гораздо тяжелее, чем по ламинату. Зависимость силы трения от рода и качества обработки материала обеих соприкасающихся поверхностей выражают через коэффициент трения.  

Коэффициент трения обозначается буквой μ (греческая буква «мю»). Коэффициент определяется отношением силы трения к силе нормального давления. 

Он чаще всего попадает в интервал  от нуля до единицы, не имеет размерности и определяется экспериментально.

Можно предположить, что сила трения зависит также от площади соприкасающихся поверхностей. Однако, положив холодильник набок, мы не облегчим себе задачу.

Ещё Леонардо да Винчи экспериментально доказал, что сила трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей при прочих равных условиях.  

Сила трения скольжения, возникающая при контакте твёрдого тела с поверхностью другого твёрдого тела прямо пропорциональна силе нормального давления и не зависит от площади контакта. 

Этот факт отражён в законе Амонтона-Кулона, который можно записать формулой:

где  μ — коэффициент трения, N — сила нормальной реакции опоры.

Для тела, движущегося по горизонтальной поверхности, сила реакции опоры по модулю равна весу тела: 

Второй закон Ньютона

Равнодействующая всех сил приложенных к телу (векторная сумма всех сил)
($\bar{F}$) равна производной от импульса тела по времени:

где $\bar{p}=m \bar{v}$ — импульс тела, m–масса рассматриваемого тела,
$\bar{v}$ — скорость. Надо отметить, что уравнение (1) строго применимо только относительно
материальной точки. Если рассматривается протяженное тело, то под скоростью понимают скорость движения центра масс тела.

Если масса материальной точки (m)не изменяется во времени, то формула, определяющая результирующую силу, приложенную к ней
(второй закон Ньютона) можно представить в виде:

где $\bar{a}$ – ускорение, которое материальная точка приобретает в результате
воздействия на нее силы. Выражение (2) показывает то, что если
$\bar{F}$=0, то тело (материальная точка) движется равномерно и прямолинейно или покоится.

Если сила, приложенная к телу, является постоянной (по модулю и направлению), то формулу для нее можно представить в виде:

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rн. По сути, это является тем же сопротивлением участка цепи и вычисляется также по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме изображаются в виде крестиков в кружке – лампочкой; то есть двигатель, лампа, конкретный прибор и т. д.

Каждая нагрузка имеет своё собственное сопротивление. Например, если к сети подключена одна лампочка, то сопротивление нагрузки – показатель этого единственного прибора в цепи. Если к цепи подключено несколько нагрузок, то сопротивление считается суммарно для каждой из них.

Сопротивление нагрузки вычисляется в соответствии с законом Ома, то есть Rn = U/I. Если к сети подключено несколько нагрузок, то оно будет рассчитываться следующим образом: сначала находится сопротивление каждой отдельной «лампочки». Далее Rn вычисляется в зависимости от того, какой тип подключения в цепи: последовательное или параллельное. При параллельном 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n –количество подключенных приборов. Если же соединение последовательное, общее R равно сумме всех R цепи.

Последовательное/параллельное соединения

Изменение сопротивления:

На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.

Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.

Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.

Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт. В зависимости от сопротивления  увеличивается и уменьшается сила тока

В зависимости от сопротивления  увеличивается и уменьшается сила тока.

Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.

Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.

ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.

Для справки

Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток

Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.

Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.Формула закона Ома — зависимость сопротивления и силы тока

I = E/R
Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.

Больше сопротивление = Меньше ток
 

* при условии что напряжение постоянно.
 

ФИЗИКА

§ 3.15. Сила сопротивления при движении тел в жидкостях и газах

При движении твердого тела в жидкости или газе или при движении одного слоя жидкости (газа) относительно другого тоже возникает сила, тормозящая движение, — сила жидкого трения или сила сопротивления.

Сила сопротивления направлена параллельно поверхности соприкосновения твердого тела с жидкостью (газом) в сторону, противоположную скорости тела относительно среды, и тормозит движение(1).

Сила сопротивления (жидкого трения) обычно значительно меньше силы сухого трения. Именно поэтому для уменьшения сил трения между движущимися деталями машин применяют смазку.

Главная особенность силы сопротивления состоит в том, что она появляется только при относительном движении тела и окружающей среды. Сила трения покоя в жидкостях и газах полностью отсутствует. Это приводит к тому, что усилием рук можно сдвинуть тяжелое тело, например баржу, в то время как сдвинуть с места, скажем, гусеничный трактор усилием рук просто невозможно.

Убедитесь в том, что плавающий деревянный брусок сразу же придет в движение, если на него слегка подуть. Попробуйте проделать то же самое с бруском, лежащим на столе.

Модуль силы сопротивления c зависит от размеров, формы и состояния поверхности тела, свойств (вязкости) среды (жидкости или газа), в которой движется тело, и, наконец, от относительной скорости движения тела и среды.

Для того чтобы уменьшить силу сопротивления среды, телу придают обтекаемую форму. Наиболее выгодна в этом отношении сигарообразная форма (рис. 3.40), близкая к форме падающей капли дождя или рыбы.

Рис. 3.40

Влияние формы тела на силу сопротивления наглядно показано на рисунке 3.41. Модуль силы сопротивления цилиндра обозначим через . Конусообразная насадка к цилиндру уменьшает силу сопротивления от 1/2 до 1/4 в зависимости от размера угла при вершине конуса. Сглаженная насадка доводит силу сопротивления до 1/5. Наконец, если придать телу сигарообразную форму, то при том же поперечном сечении сила сопротивления уменьшается до 1/25. По сравнению с телом сигарообразной формы сила сопротивления для шара (имеющего такую же площадь поперечного сечения) больше в несколько раз, а для тонкого диска, плоскость которого перпендикулярна направлению скорости, — в несколько десятков раз. Особенно велика сила сопротивления, возникающая при движении полусферы вогнутой стороной вперед. По этой причине парашюты имеют часто форму полусферы.

Рис. 3.41

Примерный характер зависимости модуля силы сопротивления от модуля относительной скорости тела приведен на рисунке 3.42. Если тело неподвижно относительно вязкой среды (относительная скорость равна нулю), то сила сопротивления равна нулю. С увеличением относительной скорости сила сопротивления растет медленно, а потом все быстрее и быстрее.

Рис. 3.42

При малых скоростях движения в жидкости (газе) силу сопротивления можно считать приближенно прямо пропорциональной скорости движения тела относительно среды:

где k1 — коэффициент сопротивления, зависящий от формы, размеров, состояния поверхности тела и свойств среды — ее вязкости. Коэффициент k2 в СИ выражается в Н • с/м = кг/с. Его значение определяют опытным путем.

При больших скоростях относительного движения сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости:

где коэффициент сопротивления k2 выражается в Н • с2/м2 = = кг/м.

Какую именно формулу следует применять в данном конкретном случае, устанавливают опытным путем. При падении тел в воздухе сила сопротивления становится пропорциональной квадрату скорости практически с самого начала падения.

При ускоренном движении тела в жидкости для учета воздействия жидкости на это тело надо к массе тела прибавить так называемую присоединенную массу. Присоединенная масса зависит от формы тела и плотности среды. В дальнейшем при решении задач присоединенную массу мы учитывать не будем.

Жидкое трение возникает между поверхностью твердого тела и окружающей его жидкой или газообразной средой, в которой оно движется. При медленном движении сила сопротивления пропорциональна скорости, а при быстром — квадрату скорости.

(1) Впрочем, движущийся поток воды или воздуха может увлекать за собой тело. Например, когда ветер гонит опавшие листья, то сила трения со стороны воздуха направлена по движению листьев. Но и в этом случае она противоположна скорости движения тела (листьев) относительно среды (воздуха). В приведенном примере воздух и листья, хотя и движутся в одном направлении, но скорость воздуха больше, листья отстают от ветра.

Как найти силу тока через сопротивление и напряжение

Сила тока обозначается латинскими или , и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.

Мужчина считает силу тока

Существуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.

При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.

Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.

Как определить силу тяги двигателя. Примеры решения задач

Задача 1

Автомобиль может разгоняться до 216 км/ч. Максимальная мощность двигателя равна 96 кВт. Определите максимальную силу тяги двигателя.

Решение

Переведем киловатты в ватты, а километры в час — в метры в секунду:

\(96\;\times\;1000=96000\;Вт\)

\(\frac{216\times1000}{3600}=60\frac мс\)

\(F_т\;=\;\frac N v = \frac{96000}{60} = 1600 Н\)

Задача 2

Троллейбус весом 12 тонн за 5 секунд проезжает по горизонтальной дороге 10 метров. Сила трения равна 2,4 кН. Определите силу тяги, которую развивает двигатель.

Решение

Переведем тонны в килограммы, а килоньютоны в ньютоны:

\(12\;\times\;1000=12000\;кг\)

\(2,4\;\times\;1000=2400\;Н\)

\(F_т-\;F_{тр}=m\;\times\;a\), следовательно, \(F_т=m\times a\;+\;F_{тр}\)

Чтобы определить ускорение а, воспользуемся формулой \(s\;=\;\frac{at^2}2\)

Подставив численные значения величин, получаем:

\(a\;=\;\frac{2s}{t^2}^{}=\frac{20}{25}\;=\;0,8\)

\(F_т=\;12000\times0,8\;+\;2400\;=\;12000\;Н\;=\;12\;кН\)

Задача 3

Транспорт, весящий 4 тонны, едет в гору. Уклон — 1 метр на каждые 25 метров пути. \(\mu\) — 0,1 от силы тяжести, \(а = 0\). Определите силу тяги.

Решение

Начертим схему:

\(m\times g\;+\;N\;+\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;m\times a\)

Сделаем проекции на координатные оси:

\(OX: -\;mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;F_{тр\;}+\;F_т\;=\;0\)

\(OY: N\;-\;mg\;\times\;\cos\alpha\;=\;0 => N\;=\;mg\;\times\;\cos\alpha\;\)

\(F_{тр}\;=\;\mu N\;=\;\mu mg\;\times\;\cos\alpha\)

Подставим значение \(F_{тр}\) в уравнение \(OX\) и определим \(F_т\):

\(-mg\;\times\;\sin\alpha\;-\;\mu\)

\(mg\;\times\;\cos\alpha\;+\;F_т\;=\;0\)

\(=> F\;=\;mg\;\left(\sin\alpha\;+\;\mu\;\times\;\cos\alpha\right)\)

Найдем синус и косинус \(\alpha\), подставим их в общую формулу:

\(\sin\alpha\;=\;\frac hl\;=\;\frac1{25}\)

\(\cos\alpha\;=\;\frac{\sqrt{l^{2\;}-\;h^2}}l\;\)

Примеры решения задач

Пример

Задание. Уравнения $x=\alpha t^{3}, y=\beta t$ ($\alpha$ и
$\beta$ – постоянные коэффициенты) задают движение материальной точки массы m=const.
Как изменяется по модулю сила, которая действует на точку?

Решение. В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона в виде:

$\bar{F} = m\bar{a} (1.1)$

Зная законы изменения координат точки в зависимости от времени определим уравнения изменения составляющих ускорения.
Для этого найдем производные по времени от соответствующих координат:

$$
\begin{array}{c}
a_{x}=\frac{d^{2} x}{d t^{2}}=6 \alpha t(1.2) \\
a_{y}=\frac{d^{2} y}{d t^{2}}=0(1.3)
\end{array}
$$

Так как модуль ускорения равен:

$$a=\sqrt{a_{x}^{2}+a_{y}^{2}}(1.4)$$

то, учитывая выражения (1.2) и (1.3), получаем:

$a = 6 \alpha t (1.5)$

Так как ay=0, то получаем, что сила, которая действует на нашу точку, направлена по оси X, так как направление ускорение
и силы совпадают, а мы получили:

$$\bar{a}=6 \alpha t \cdot \bar{i}(1.6)$$

где $\bar{i}$ – единичный вектор, направленный по оси X.

Исходя из второго закона Ньютона, имеем:

$$F=m \cdot 6 \alpha t, \bar{F}=m 6 \alpha t \cdot \bar{i}$$

Ответ. Так как $F=m \cdot 6 \alpha t$, то с течением времени сила увеличивается по модулю.

Слишком сложно?

Формула силы не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Два параллелепипеда лежат на горизонтальной поверхности. Они соприкасаются. Данные тела могут
скользить по поверхности опоры без трения. Масса одного тела равна m1, второго — m2. Первое тело толкнули с силой F.
Какова сила давления тел друг на друга (F)?

Решение. Сделаем рисунок.

Рассмотрим, какие силы приложены к первому телув момент толчка, запишем для него второй закон Ньютона:

$$\bar{F}_{0}+\bar{F}+m_{1} \bar{g}+\bar{N}=m_{1} \bar{a}(2.1)$$

где $m_{1} \bar{g}$ – сила тяжести,
$\bar{N}$ – реакция опоры,
$\bar{a}$ – ускорение тела.

В проекции на ось Xуравнение (2.1) примет вид:

$$F_{0}-F=m_{1} a \rightarrow F=F_{0}-m_{1} a(2.2)$$

Рассмотрим силы, приложенные к двум параллелепипедам как системе:

$$\bar{F}_{0}+\left(m_{1}+m_{2}\right) \bar{g}+\overline{N^{\prime}}=\left(m_{1}+m_{2}\right) \bar{a}(2.3)$$

В проекции на ось X уравнение (2.3) примет вид:

$$F_{0}=\left(m_{1}+m_{2}\right) a(2.4)$$

Из уравнения (2.4) выразим ускорение:

$$a=\frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$

Подставим правую часть выражения (2.5) в (2.2) вместо ускорения:

$$F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$$

Ответ. $F=F_{0}-m_{1} \cdot \frac{F_{0}}{m_{1}+m_{2}}$

Читать дальше: Формула сопротивления.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector