Starte og akselerere toget når du forlater stasjonen. Starte og akselerere toget når det forlater stasjonen Hvis det elektriske lokomotivet beveger seg brått
La ingen tro at Newtons store skapelse
kan omstøtes av relativitetsteorien
eller en annen teori.
Newtons klare og brede ideer
vil for alltid beholde sin betydning som grunnlaget som
våre moderne fysiske konsepter er bygget...
1948 Albert Einstein
KASSE MED KVALITETSPROBLEMER I FYSIKK: TRAGHET
Didaktisk materiell om fysikk for elever, så vel som deres foreldre;-) og selvfølgelig for kreative lærere.
For de som elsker å lære!
Jeg presenterer for din oppmerksomhet 40
kvalitative problemer i fysikk om temaet: "Treghet". La oss hylle integreringen: biofysikk, skjønnlitteratur, viktige nyanser for bileiere, passasjerer og fotgjengere… I henhold til den etablerte tradisjonen med grønne sider, la oss unne oss selv verdensmaleriets mesterverk... Vi vil gi detaljerte svar på noen problemer ;-) og ... en lyrisk digresjon fra fysikkens historie:
Galileos treghetsprinsipp - Newtons første lov om mekanikk.
Oppgave nr. 1
Når hunden kommer opp av vannet, rister den seg. Hvilket fenomen hjelper henne i dette tilfellet å frigjøre ullen fra vann? Forklar svaret ditt.
Oppgave nr. 2
"Pantry of the Sun", 1945, Mikhail Mikhailovich Prishvin
«...Travka trengte ikke å vente lenge. Med sin subtile hørsel hørte hun klappet fra en harepote, utilgjengelig for menneskelig hørsel, gjennom vannpyttene på sumpstien. Disse vannpyttene dukket opp på Nastyas morgenspor. Rusak ville helt sikkert nå dukke opp ved selve lyvesteinen.
Gresset bak einerbusken huket seg ned og anstrengte bakbena for et mektig kast, og da det så ørene, stormet det.
Akkurat på dette tidspunktet bestemte haren, en stor, gammel, garvet hare, som så vidt hinket, seg for å plutselig stoppe opp og til og med stå opp på bakbeina og lytte til hvor langt unna reven bjeffet.
Så kom de sammen samtidig: Gresset suste, og haren stoppet.
Og gresset ble båret av haren.
Mens hunden rettet seg opp, fløy allerede haren med store sprang langs Mitrashina-stien rett til Blind Elan ... "
Hvorfor ble gress båret gjennom haren?
Svar: Da haren plutselig stoppet, fortsatte hunden Travka ved treghet bevegelsen fremover og hoppet over haren.
Oppgave nr. 3
Haren, som rømmer fra ulven som forfølger ham, gjør skarpe hopp til siden. Hvorfor er det vanskelig for en ulv å fange en hare, selv om han løper fortere?
Svar: I det øyeblikket haren gjør en skarp sving, fortsetter ulven ved treghet å bevege seg fremover og kan ikke gripe haren.
|
|
|
Komarov Alexey Nikanorovich(1879–1977) regnes som grunnleggeren av den russiske animalistiske skolen. Alexey Nikanorovich Komarov illustrerte vitenskapelige bøker og barnebøker, laget tegninger for frimerker, postkort og visuelle hjelpemidler. Flere generasjoner barn vokste opp med å lære fra lærebøker med hans fantastiske tegninger.
For den nysgjerrige: Vinterfrakk av en brun hare litt lettere enn sommeren (i motsetning til hvite harer, er brune harer aldri snøhvite om vinteren); hodet, øretuppene og forsiden av ryggen forblir mørke om vinteren. Vinterfrakk av en hvit hare– blendende hvit, med unntak av de svarte øretuppene. Men... i områder hvor det ikke er stabilt snødekke, blir ikke harer hvite for vinteren ;-)
Oppgave nr. 4
Modne belger av belgfrukter, raskt åpne, beskriver buer. Hvilket fenomen ligger til grunn for denne metoden for frøspredning?
Svar: Modne belgfrukter av belgplanter, som raskt åpner seg, beskriver buer - på dette tidspunktet beveger frøene seg tangensielt til sidene ved treghet og faller betydelig lenger enn moderplanten, som bryter bort fra festestedene.
Treghet i dyrelivet:: Flyvefisk
For den nysgjerrige: I de tropiske sonene i Atlanterhavet og Det indiske hav observeres ofte flukt av såkalte flygende fisk, som, på flukt fra sjørovdyr, hopper ut av vannet og, med en gunstig vind, foretar en glidende flytur, som dekker avstander på opp til 200-300 m i en høyde på 5-7 m. Fisken stiger til luft på grunn av raske og sterke vibrasjoner av halefinnen. Først suser fisken langs overflaten av vannet, deretter løfter et kraftig slag av halen den opp i luften. Utbredte lange brystfinner støtter fiskens kropp som en glider. Flyvningen til en flygende fisk stabiliseres av dens halefinner; fisk beveger seg ved treghet.
Alfred Edmund Brehm(Alfred Edmund Brehm; 02.02.1829–11.11.1884) - Tysk zoolog og reisende, forfatter av det berømte populærvitenskapelige verket "Dyrenes liv".
For elskere av dyrekunst foreslår jeg at du tar en titt på de grønne sidene:
§ Hvem er Tsutsik? En liten studie
tsutsik kan være annerledes :-)
§ Friedrich Wilhelm Kuhnert
Løver, elefanter, tigre, fugler...
§ Mystiske malerier av kunstneren Stephen Gardner (del I)
pandaer, svartbjørner (baribaler), ugler, ulver
§ Mystiske malerier av kunstneren Stephen Gardner (del II)
hester, coyoter, pumaer, hvalrosser
§ Mystiske malerier av kunstneren Stephen Gardner (del III)
havskilpadder, hvaler, spekkhoggere, delfiner
Problem #5
"Frog Traveler", 1887, Vsevolod Mikhailovich Garshin
«...Da orket ikke frosken lenger, og glemte all forsiktighet, og skrek av all kraft:
- Det er meg! JEG!
Og med det skriket fløy hun opp ned til bakken. Endene kvitret høyt; en av dem ville hente den stakkars følgesvennen i farten, men bommet. Frosken ristet alle fire bena og falt raskt til bakken; men siden endene fløy veldig raskt, falt hun ikke direkte på stedet hvor hun skrek og hvor det var en hard vei, men mye lenger, noe som var stor lykke for henne, fordi hun sprutet i en skitten dam i utkanten av landsbyen .
Hun kom snart opp av vannet og skrek umiddelbart igjen heftig:
- Det er meg! Jeg kom på dette!..."
Hvorfor falt frosken til bakken et annet sted enn der den begynte å falle?
Svar: Frosken, som falt ned, opprettholdt sin horisontale hastighet ved treghet, så den falt et annet sted enn der den begynte å falle.
Problem #6
Hvorfor kollapser bygninger og broer under et jordskjelv? Hvorfor anbefales det om mulig å forlate bygningen og flytte til en åpen plass under jordskjelv?
Svar: Hovedårsaken til ødeleggelse under jordskjelv er sterke rystelser og jordskjelv som når jordoverflaten. På grunn av tregheten og stivheten til strukturen til bakkekonstruksjoner, kollapser de.
Hele jorden ristet, en rygg av skyer stormet.
Jordens skjelv førte byer bort...
Alle himmelens lenker var i stand til å åpne seg.
Jordens ledd ble rystet av voldsom risting,
Han klemte det fattige landet inn i en slik last,
At han knuste store steiner i stykker...
Nizami
Nizami Ganjavi Abu Muhammad Ilyas ibn Yusuf (ca. 1141 - ca. 1209) er en klassiker av persisk poesi, en av de største dikterne i middelalderens øst.
Bassenget Pyotr Vasilievich(1793–1877) – Russisk sjangermaler og portrettmaler.
Oppgave nr. 7
Hvorfor er det forbudt å taue en bil med defekte bremser med en fleksibel kabel?
Oppgave nr. 8
Hvorfor reduserer sjåføren hastigheten på bilen når han svinger?
Oppgave nr. 9
Hvorfor er det nødvendig å sikre lasten på en sikker måte bak på en lastebil?
Oppgave nr. 10
Hvorfor kan du ikke krysse gaten foran trafikken i nærheten?
Oppgave nr. 11
Hvorfor skulle du ikke hoppe av løpebrettet til en buss eller trikk?
|
Zuev Agap Sergeevich(31.01.1922–1985) - sovjetisk, russisk maler. Medlem av Union of Artists of the USSR.
Oppgave nr. 12
Hvorfor bremser begge hjulene når man stopper en motorsykkel raskt? Hva kan skje hvis du bare bremser med forhjulet?
Oppgave nr. 13
Hvorfor skal det røde baklyset på en bil tennes når føreren av bilen trykker på bremsepedalen?
|
Pimenov Yuri Ivanovich(1903–1977) - Sovjetisk maler og grafiker. Folkets kunstner i USSR. Prisvinner av Lenin og to Stalin-priser av andre grad.
Oppgave nr. 14
Forklar årsaken til at når en bil bremser kraftig, går dens fremre del ned.
Svar: Under skarp bremsing fortsetter den fremre delen av bilen å bevege seg med treghet, og snur rundt forhjulene i en liten vinkel, noe som fører til at den senkes.
Oppgave nr. 15
Hvilke endringer skjedde i bevegelsen til bilen hvis passasjeren ble presset mot baksiden av setet; til høyre side av seteryggen?
Svar: Bilen begynte å øke hastigheten; begynte å svinge til venstre.
Oppgave nr. 16
Forklar hensikten med sikkerhetsbelter og kollisjonsputer i en bil. Hvorfor er effektiviteten til kollisjonsputer avhengig av om føreren og forsetepassasjeren bruker bilbelte? Hvorfor kan utløsning av kollisjonsputer i en ulykke forårsake alvorlige skader på føreren og passasjeren i et kjøretøy hvis de ikke bruker sikkerhetsbelte?
Oppgave nr. 17
Advarende veiskilt informerer sjåførene om at de nærmer seg en farlig del av veien, og kjører langs som krever tiltak som er tilpasset situasjonen. Det er tre advarende veiskilt foran deg. Gi hver av dem en forklaring og angi hvilke tiltak føreren av kjøretøyet bør ta når han ser et slikt skilt.
Advarsel veiskilt
|
|
|
Svar: Skiltnummer: 1.15 – Glatt vei. Et veistykke med økt glatthet i veibanen. . Tegn nummer: 1,23 – Barn. En veistrekning i nærheten av en barneinstitusjon (skole, helseleir osv.), på veibanen som barn kan dukke opp. Føreren må redusere hastigheten. Skiltnummer: 1,27 – Villdyr. Skiltet varsler at ville dyr kan løpe ut på veien. Føreren må redusere hastigheten.
Oppgave nr. 18
Hvorfor er passasjerene pålagt å feste sikkerhetsbeltet før start og landing?
Oppgave nr. 19
Hvorfor skal passasjerer som står på buss, trikk eller trolleybuss holde seg i rekkverket?
Oppgave nr. 20
I hvilken retning avviker busspassasjerer når farten plutselig øker? under et bråstopp?
Oppgave nr. 21
Hvilken endring skjedde i bevegelsen til vannbussen hvis passasjerene plutselig avvek til høyre?
Oppgave nr. 22
I hvilken retning faller en snublende person? en person som skled? Hvorfor?
Oppgave nr. 23
"Chuk og Gek", 1939, Arkady Petrovich Gaidar
«...Hele neste dag gikk veien gjennom skog og fjell. På stigningene hoppet kusken av sleden og gikk langs snøen ved siden av ham. Men i de bratte bakkene raste sleden med en slik fart at det virket for Chuk og Gek som om de, sammen med hestene og sleden, falt til bakken rett fra himmelen.
Til slutt, om kvelden, da både folk og hester var ganske slitne, sa kusken:
– Vel, her er vi! Bak denne tåen er det en sving. Her, i lysningen, er basen deres... Hei, men-å!
Chuk og Huck hylte lystig og hoppet opp, men sleden ble trukket, og de ploppet ned i høyet ..."
Hvorfor floppet guttene i høyet når sleden ble trukket?
Svar: Guttenes kropper, ved treghet, forble i ro, og bena deres begynte å bevege seg fremover sammen med sleden, så Chuk og Gek falt tilbake og ploppet ned i høyet.
Oppgave nr. 24
Hvorfor dannes det isstopp ved elvesvinger under isdrift?
Oppgave nr. 25
Hvorfor, når man rafter tømmer, blir et stort antall tømmerstokker kastet på land i svingene av elven? Hvorfor er flåter med trær bare tillatt i mange land?
Belov Kondraty Petrovich(23/03/1900–05/04/1988) – Sovjetisk maler. Folkets artist av RSFSR. I 1949 landskap "Tømmerrafting på Irtysh" var inkludert i utstillingen av sovjetisk kunst utstilt i en rekke fremmede land. Kunstkritikere kalte ham det første komplette og uttrykksfulle portrett av Sibir.
For den nysgjerrige: Tømmerrafting- den tradisjonelle og billigste måten å transportere den til trebedrifter på. Den mest intensive hogsten utføres vanligvis om vinteren, siden dette gir mindre skade på skogen. På sleder trukket av traktorer eller kraftige biler blir skogen fraktet til bredden av den islagte elven. Så, under vårflommen, sender sperrene den ut i vannet. Med molrafting flyter skogen videre av seg selv. Ved rafting bindes flåter fra tømmerstokker. Trær som flyter fritt langs elva blir raskt våte og synker til bunns. Et stort antall tømmerstokker blir kastet i land ved elvens svinger. I tillegg, når et stort antall trær senkes samtidig, forårsaker deres stammer uopprettelig skade på elvefaunaen, og avskjærer alger og dermed fratar fisk og amfibier mat. Når nedsunkede stammer råtner, går også stoffer som er giftige for fisk ut i vannet. Til slutt utgjør stammer som stikker ut fra elvebunnen en stor fare for elvefartøyer. Trestammer som ikke fanges opp fra elva i tide, blir uegnet til industriell bruk. Derfor I mange land er rafting av trær kun tillatt med flåter.
Oppgave nr. 26
Hvorfor er det forbudt å plutselig løfte en last med en kran?
Oppgave nr. 27
Når et elektrisk lokomotiv plutselig begynner å bevege et tog, kan koblingen ryke. I hvilket tog er det mest sannsynlig at det oppstår et brudd, lastet eller ubelastet? Hvorfor?
Oppgave nr. 28
Hvordan er den frie overflaten av olje plassert i tanken når det elektriske lokomotivet tar fart? Når senker han farten? Støtt svaret ditt med tegninger.
Oppgave nr. 29
Toget nærmer seg stasjonen og bremser ned. I hvilken retning er det lettere å dra en tung koffert langs gulvet i vognen på dette tidspunktet - langs toget eller i motsatt retning?
Svar: Langs toget.
Problem #30
Hvorfor fortsetter chucken å rotere etter å ha slått av motoren til en boremaskin (elektrisk drill)?
Treghet i militært utstyr:: Artilleri
Det er ikke torden som buldrer i skyene, og det er ikke lyn som brenner -
Våre våpen snakker med en mektig stemme!
Ikke rør, fiende, ditt hjemland, ikke rør arbeidslandet!
Hellig hevn fører til kamp! Sikt rett! Brann! Brann! Brann!…
"Mars of Artillery", 1944
ord: Sergey Alexandrovich Vasiliev
musikk: Anatoly Grigorievich Novikov
Usypenko Fedor Pavlovich(1917–2000) - Sovjetisk maler, medlem av Union of Artists of the USSR. Folkets artist av RSFSR.
For den nysgjerrige: Fenomenet treghet ble brukt i utformingen av sikringer for artillerigranater. Når et prosjektil, som treffer en hindring, plutselig stopper, fortsetter den eksplosive kapselen, plassert inne i prosjektilet, men ikke stivt forbundet med kroppen, å bevege seg ved treghet og treffer spissen av sikringen som er koblet til kroppen. På samme måte brukes den betydelige akselerasjonen mottatt av prosjektilet i skyteøyeblikket for å fjerne lunten, noe som eliminerer faren for at prosjektilet eksploderer under lagring, transport eller ved lasting av pistolen.
Oppgave nr. 31
Alle kornene i slipesteinen beveger seg sammen med den rundt sirkelen. Men så snart kornet bryter av steinen, blir bevegelsen lineær. Hvorfor?
Oppgave nr. 32
For at kvikksølvkolonnen i et medisinsk termometer skal falle, blir termometeret "ristet" - senket ned og deretter brått stoppet. Hva er årsaken til at kvikksølvkolonnen faller?
Svar: I øyeblikket av en skarp stopp av termometerkroppen, fortsetter kvikksølvet, ved treghet, å bevege seg og faller.
Oppgave nr. 33
Hvorfor øker en syklist farten når han nærmer seg en stigning i veien?
Oppgave nr. 34
Hvorfor tar de en løpende start når de hopper langt og høyt? Hvorfor er det lettere å hoppe over en sølepytt, bekk eller grøft med en løpende start?
Oppgave nr. 35
Hvorfor rister virkningen av damphammere på ambolten jorden mye mindre med tunge ambolter enn med lettere? Hvorfor skal en ambolt være betydelig mer massiv enn en hammer?
Oppgave nr. 36
Hvorfor kan ikke en full kopp te eller en bolle med suppe settes raskt og brått på bordet uten å søle?
Oppgave nr. 37
Det er to måter å dele vedkubber på. I det første tilfellet blir stokken slått med en hurtiggående øks. I den andre kjører de øksen inn i tømmerstokken med et svakt slag, og så svinger de øksen med den spiddede stokken og slår baken mot blokken. Forklar de mekaniske fenomenene som er observert i dette tilfellet.
Svar: Når du hugger ved, treffer en tømmerstokk med en øks, fortsetter den å bevege seg på grunn av treghet og kommer dypt inn i den ubevegelige stokken. Når kolben på en øks som er delvis innstøpt i en stokk blir slått mot en blokk som det er kløyvd ved, stopper øksen, men stokken fortsetter å bevege seg på grunn av treghet og klyving.
Oppgave nr. 38
Hva skjer med rytteren hvis hesten snubler mens den hopper over et hinder?
Svar: Når hesten plutselig stopper, vil rytteren, som beveger seg av treghet, falle fremover over hestens hode.
Oppgave nr. 39
Hvorfor knekker en linjal hengt på papirringer når den slås skarpt, men ringene forblir intakte?
Oppgave nr. 40
Legg et postkort på glasset og legg en mynt på postkortet. Klikk på kortet. Hvorfor flyr kortet av og mynten faller ned i glasset?
Svar: På grunn av tregheten til mynten og utilstrekkelig interaksjon mellom mynten og kortet.
Og avslutningsvis... litt fra fysikkens historie…
Gi meg materie og bevegelse og jeg vil bygge universet.
1640 Rene Descartes
Rene Descartes(Rene Descartes; 31/03/1596–02/11/1650) - Fransk filosof, matematiker, mekaniker, fysiker og fysiolog, skaper av analytisk geometri og moderne algebraisk symbolikk.
Galileos treghetsprinsipp - Newtons første lov om mekanikk
|
om essensen av bevegelse og verdens system... Bevegelse
|
|
|
Galileo Galilei(Galileo Galilei; 15.02.1564–01.08.1642) - Italiensk fysiker, mekaniker, astronom, filosof og matematiker. Galileo Galilei kalles med rette grunnleggeren av eksperimentell fysikk.
Justus Sustermans(Justus Sustermans; 1597–1681) - flamsk maler fra barokktiden.
I første del av diktet hans "Bevegelse" Alexander Sergeevich Pushkin beskriver en strid mellom gamle greske forskere om essensen av bevegelse. I den andre delen refererer han til eksistensen av to motstridende systemer i verden - geosentrisk(Jorden er ubevegelig, men solen beveger seg rundt jorden) og heliosentrisk(Jorden dreier rundt solen) skapt av Claudius Ptolemaios og Nikolai Kopernikus.
Det er ikke for ingenting at sta nevnes her ;-) Galileo Galilei.
I 1632 ble verket publisert i Firenze Galileo Galilei "Dialog om verdens to hovedsystemer"(om det geosentriske systemet til Ptolemaios og det heliosentriske systemet til Copernicus-verdenen). I den la Galileo grunnlaget for dynamikk - treghetsprinsippet og det klassiske relativitetsprinsippet.
I 1687 Isaac Newton formulerte dynamikkens lover. Ikke bare bevegelsen av planeter rundt Solen, men også mye mer komplekse fenomener har blitt forståelige og kalkulerbare. Isaac Newton adopterte Galileos treghetighetsprinsipp som dynamikkens første lov..
Galileo formulerte dette prinsippet som en konsekvens av sine eksperimenter mens han studerte kroppens fall på et skråplan.
Galileo skilte ikke mellom begreper "makt" Og "vekt", så installert av ham prinsippet om treghet gjorde ikke krav på en grunnleggende naturlov.
Newton satt treghetsloven (det galileske treghetsprinsippet) i spissen for hele hans mekanikksystem.
I moderne formulering prinsippet om treghet stater som hver kropp opprettholder en tilstand av hvile eller jevn rettlinjet bevegelse inntil påvirkning fra andre kropper tar den ut av denne tilstanden.
Isaac Newton(Sir Isaac Newton; 01/04/1643–03/31/1727) - Engelsk fysiker, matematiker, mekaniker og astronom, en av skaperne av klassisk fysikk. Forfatteren av det grunnleggende verket "Mathematical Principles of Natural Philosophy", der han skisserte loven om universell gravitasjon og de tre mekanikkens lover, som ble grunnlaget for klassisk mekanikk.
Thornhill James(James Thornhill; 25.07.1675–13.05.1734) - Engelsk maler, grunnlegger av historisk engelsk maleri.
...fra bevegelsesfenomenene til studiet av kreftenes natur og deretter fra disse kreftene til demonstrasjonen av andre fenomener: ... bevegelsene til planeter, kometer, månen og havet ...
1686 Isaac Newton
Jeg ønsker deg lykke til med å ta din egen beslutning
kvalitetsproblemer i fysikk!
Litteratur:
§ Katz Ts.B. Biofysikk i fysikktimer
§ Lukashik V.I. Fysikk Olympiade
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1987
§ Tarasov L.V. Fysikk i naturen
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1988
§ Perelman Ya.I. Kan du fysikk?
Domodedovo: forlag "VAP", 1994
§ Zolotov V.A. Spørsmål og oppgaver i fysikk klasse 6-7
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1971
§ Tulchinsky M.E. Kvalitative problemer i fysikk
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1972
§ Kirillova I.G. Lesebok om fysikk klasse 6-7
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1978
§ Erdavletov S.R., Rutkovsky O.O. Interessant geografi i Kasakhstan
Alma-Ata: Mektep Publishing House, 1989.
Teorien om togbevegelse er en integrert del av den anvendte vitenskapen om togtrekk, og studerer spørsmålene om togbevegelse og drift av lokomotiver. For en klarere forståelse av driftsprosessen til et elektrisk lokomotiv, er det nødvendig å kjenne til de grunnleggende bestemmelsene i denne teorien. Først av alt, la oss vurdere hovedkreftene som virker på toget når de beveger seg - dette er trekkraften F, motstanden mot bevegelse W, bremsekraften B. Føreren kan endre trekkraften og bremsekraften; kraften til motstand mot bevegelse kan ikke kontrolleres.
Hvordan dannes disse kreftene, hva er de avhengige av? Vi har allerede sagt at hvert drivhjulpar av et elektrisk lokomotiv har en separat trekkmotor, som er koblet til den med en girredusering (fig. 3, a). Det lille tannhjulet til girkassen (giret) er montert på akselen til trekkmotoren, og det store er montert på hjulsettets akse. Forholdet mellom antall tenner på det store hjulet og antall tenner på det lille kalles girforholdet. Hvis du starter trekkmotoren, skapes et dreiemoment på akselen. Hjulsettets rotasjonshastighet vil være 1 gang mindre enn rotasjonshastigheten til motorakselen, men dreiemomentet er tilsvarende 1 gang større (hvis du ikke tar hensyn til girdriftens effektivitet).
La oss vurdere forholdene som er nødvendige for at et elektrisk lokomotiv skal begynne å bevege seg.
Hvis hjulene til det elektriske lokomotivet ikke rørte skinnene, ville de ganske enkelt rotere etter å ha startet trekkmotorene og forbli på samme sted. På grunn av det faktum at lokomotivets hjul kommer i kontakt med skinnene når dreiemomentene M overføres til hjulparenes aksler, oppstår det en adhesjonskraft mellom overflatene på hjulene og skinnene.
I forbifarten bemerker vi at til å begynne med, når de opprettet de første lokomotivene - damplokomotiver, tvilte de generelt på muligheten for deres bevegelse langs et "glatt" jernbanespor. Derfor ble det foreslått å lage giring mellom hjulene på lokomotivet og skinnene (Blenkinson-lokomotivet). Det ble også bygget et lokomotiv (Brunton-lokomotiv), som beveget seg langs skinnene ved hjelp av spesialinnretninger som vekselvis ble skjøvet av sporet. Heldigvis var denne tvilen ikke berettiget.
Momentet M (se fig. 3) påført hjulet danner et par krefter med skulderen R. Kraften FK rettes mot bevegelsen. Den har en tendens til å flytte referansepunktet til hjulet i forhold til skinnen i motsatt retning av bevegelsesretningen. Dette forhindres av reaksjonskraften til skinnen, den såkalte adhesjonskraften Fcu, som oppstår ved å trykke hjulet på skinnen ved støttepunktet I følge Newtons tredje lov er den lik og motsatt kraften FK. Denne kraften tvinger hjulet, og dermed det elektriske lokomotivet, til å bevege seg langs skinnen.
Ved kontaktpunktet for hjulet med skinnen er det to punkter, hvorav det ene tilhører bandasjen Ab, og det andre til skinnen Ar. For et elektrisk lokomotiv som står stille, går disse punktene sammen til ett. Hvis punktet Ab under overføringen av dreiemomentet til hjulet beveger seg i forhold til punktet Lp, vil i neste øyeblikk punktet på bandasjen begynne å vekselvis komme i kontakt med punktet Lp. I dette tilfellet begynner ikke lokomotivet å bevege seg, og hvis det allerede var i bevegelse, reduseres hastigheten kraftig, hjulet mister støtten og begynner å skli i forhold til skinnen - glir.
I tilfellet når punktene Ap og Ab ikke har en relativ forskyvning, forlater de ved hvert påfølgende tidspunkt kontakt, men samtidig kommer følgende punkter kontinuerlig i kontakt: BB med Br, Wb med BP, etc.
Kontaktpunktet mellom hjulet og skinnen representerer det øyeblikkelige rotasjonssenteret. Det er klart at hastigheten som det øyeblikkelige rotasjonssenteret beveger seg langs skinnene med, er lik hastigheten på lokomotivets bevegelse fremover.
For å flytte et elektrisk lokomotiv er det nødvendig at adhesjonskraften i kontaktpunktet mellom hjulet og skinnefeuen, lik, men motsatt i retning av kraften FK, ikke overskrider en viss grenseverdi. Inntil den når den, skaper kraften FC et reaktivt dreiemoment FCVLR, som, i henhold til betingelsen for jevn bevegelse, må være lik dreiemomentet.
Summen av adhesjonskreftene i kontaktpunktene til alle hjulene til det elektriske lokomotivet bestemmer den totale kraften, kalt den tangentielle trekkraften FK. Det er ikke vanskelig å forestille seg at det er en viss maksimal trekkraft, begrenset av adhesjonskrefter, der boksing ennå ikke forekommer.
Fremkomsten av adhesjonskraft kan forenkles noe som følger. Det er uregelmessigheter på de tilsynelatende glatte overflatene på skinnene og hjulene. Siden kontaktflaten (kontaktflaten) til hjulet og skinnen er svært liten, og belastningen fra hjulene på skinnene er betydelig, oppstår det store trykk i kontaktpunktet. Uregelmessighetene til hjulet presses inn i ujevnhetene på overflaten av skinnene, noe som resulterer i at hjulet fester seg til skinnen.
Det er slått fast at heftkraften er direkte proporsjonal med pressekraften - belastningen fra alle bevegelige hjul på skinnene. Denne lasten kalles lokomotivets adhesjonsvekt.
For å beregne den maksimale trekkraften som et lokomotiv kan utvikle uten å overskride adhesjonskraften, er det i tillegg til adhesjonsvekten også nødvendig å kjenne adhesjonskoeffisienten. Ved å multiplisere lokomotivets adhesjonsvekt med denne koeffisienten, bestemmes trekkraften.
Arbeidet til mange forskere og utøvere er viet til problemet med å maksimere bruken av adhesjon mellom hjul og skinner. Det er ennå ikke endelig løst.
Hva bestemmer verdien av adhesjonskoeffisienten? Først av alt avhenger det av materialet og tilstanden til kontaktflatene, formen på båndene og skinnene. Med økende hardhet på dekk på hjulsett og skinner, øker vedheftskoeffisienten. Når skinneoverflaten er våt og skitten, er vedheftskoeffisienten lavere enn når den er tørr og ren. Påvirkningen av skinneoverflatetilstanden på adhesjonskoeffisienten kan illustreres ved følgende eksempel. I Trud-avisen 13. desember 1973, i artikkelen «Snegler mot damplokomotivet», ble det rapportert at et av togene i Italia ble tvunget til å stoppe i flere timer. Årsaken til forsinkelsen viste seg å være et stort antall snegler som krøp over jernbanesporet. Sjåføren prøvde å lede toget gjennom denne bevegelige massen, men til ingen nytte: hjulene sklir og han kunne ikke rokke seg. Først etter at sneglestrømmen tynnet ut, kunne toget bevege seg.
Adhesjonskoeffisienten avhenger også av utformingen av det elektriske lokomotivet - fjæropphenget, koblingskretsen til trekkmotorene, deres plassering, strømtypen, sporets tilstand (jo mer skinnene deformeres eller ballastlaget synker, jo lavere er realisert adhesjonskoeffisient) og andre årsaker. Hvordan disse årsakene påvirker implementeringen av trekkraft vil bli diskutert videre i de relevante avsnittene i boken. Adhesjonskoeffisienten avhenger også av hastigheten til toget: i det øyeblikket toget starter, er den større med økende hastighet, den realiserte adhesjonskoeffisienten øker først litt, deretter faller. Som kjent varierer verdien mye - fra 0,06 til 0,5. På grunn av at adhesjonskoeffisienten avhenger av mange faktorer, brukes den beregnede adhesjonskoeffisienten for å bestemme den maksimale trekkraften som et elektrisk lokomotiv kan utvikle uten å skli. Den representerer forholdet mellom den største trekkraften, pålitelig realisert under driftsforhold, og vedheftsvekten til lokomotivet. Den beregnede adhesjonskoeffisienten bestemmes ved hjelp av empiriske formler som avhenger av hastighet; de er basert på en rekke studier og eksperimentelle turer, tatt i betraktning prestasjonene til avanserte maskinister.
Ved start fra stillstand, dvs. når hastigheten er null, er koeffisienten for elektriske lokomotiver med likestrøm og dobbel strømforsyning 0,34 (0,33 for elektriske lokomotiver i VL8-serien) og 0,36 for elektriske lokomotiver med vekselstrøm. Således, for et dobbeltmatet elektrisk lokomotiv VL 82m, hvis adhesjonsvekt er P = 1960 kN (200 tf), den tangentielle trekkraften Fk tar hensyn til designkoeffisienten.
Hvis overflaten på skinnene er skitten og adhesjonskoeffisienten er redusert, for eksempel til 0,2, vil trekkraften Pk være 392 kN (40 tf). Når sand tilføres, kan denne koeffisienten øke til forrige verdi og til og med overstige den. Bruken av sand er spesielt effektiv ved lave hastigheter: opp til en hastighet på 10 km/t på våte skinner øker vedheftskoeffisienten med 70-75%. Effekten av å bruke sand avtar med økende hastighet.
Det er svært viktig å sikre den høyeste vedheftskoeffisienten ved start og bevegelse: Jo høyere den er, jo større trekkraft kan det elektriske lokomotivet realisere, jo større masse kan toget kjøres.
Motstand mot togets bevegelse W oppstår på grunn av friksjon av hjulene på skinnene, friksjon i akselkassene, spordeformasjon, luftmotstand, motstand forårsaket av ned- og oppstigninger, buede deler av sporet osv. Resultatet av alle motstandskrefter er vanligvis rettet mot bevegelsen og faller kun i svært bratte nedstigninger sammen med bevegelsesretningen.
Motstand mot bevegelse er delt inn i grunnleggende og tillegg. Hovedmotstanden virker konstant og oppstår så snart toget begynner å bevege seg; i tillegg på grunn av sporskråninger, kurver, utelufttemperatur, sterk vind, start.
Det er svært vanskelig å beregne de enkelte komponentene i hovedmotstanden for å trene bevegelse. Det beregnes vanligvis for biler av hver type og lokomotiver i forskjellige serier ved å bruke empiriske formler basert på resultatene fra mange studier og tester under forskjellige forhold. Hovedtrekket øker etter hvert som hastigheten øker. Ved høye hastigheter dominerer luftmotstanden i den.
Ved å ta hensyn til hovedmotstanden mot lokomotivets bevegelse, i tillegg til den tangentielle trekkraften til det elektriske lokomotivet, introduseres konseptet trekkraft på den automatiske koplingen Fa (fig. 4).
I ferd med å kjøre et tog, for å redusere hastigheten, stoppe eller opprettholde dens konstante hastighet i utforkjøringer, brukes bremser for å skape bremsekraft B. Bremsekraften genereres på grunn av friksjon av bremseklosser på hjuldekk (mekanisk bremsing) eller når trekkmotorer fungerer som generatorer. Som et resultat av å presse bremseklossen til bandasjen med kraft K (se fig. 3, b), oppstår en friksjonskraft på den.
friksjon. På grunn av dette dannes en adhesjonskraft B på bandasjen ved kontaktpunktet med skinnen, lik kraften T. Kraft B bremser: den hindrer togets bevegelse.
Bremsekraftens maksimale verdi bestemmes av de samme forholdene som trekkkraften For å unngå skrens (gli uten rotasjon av hjulene på skinnene) under bremsing, må friksjonsbetingelsen til bremseklossene på båndet være oppfylt. det avhenger av bevegelseshastigheten, det spesifikke trykket til putene på hjulet og materialet deres. Denne koeffisienten avtar med økende hastighet og spesifikt trykk på grunn av en økning i temperaturen på gnideflatene. Legg derfor bilateralt trykk på hjulene ved bremsing.
Avhengig av kreftene som påføres toget, skilles tre moduser for togbevegelse: trekkraft (bevegelse under strøm), friløp (uten strøm), bremsing.
I startøyeblikket og i perioden med ytterligere bevegelse under strøm, er toget utsatt for trekkraft Fк og motstand mot togbevegelse K. Arten av hastighetsendringen avhengig av tid i snittet av OA-kurven (fig. 5) bestemmes av forskjellen i krefter. Jo større denne forskjellen er, desto større akselerasjon har toget. Motstand mot bevegelse, som allerede nevnt, er en variabel mengde som avhenger av hastighet. Det øker med hastigheten. Derfor, hvis trekkraften forblir konstant, vil den akselererende trekkraften avta. Etter et visst punkt O avtar trekkraften. Så kommer det et øyeblikk da Fк og toget under strøm beveger seg med konstant hastighet (utsnitt av AB-kurven).
Deretter kan sjåføren slå av motorene og fortsette å bevege seg langs kysten (BV-seksjonen) på grunn av togets kinetiske energi. I dette tilfellet påvirkes toget kun av kraften til motstand mot bevegelse, som reduserer hastigheten hvis toget ikke beveger seg langs en bratt nedstigning. Når føreren slår på bremsene (fra punkt B til punkt D), virker to krefter på toget - motstand mot bevegelse og bremsekraft B. Togets hastighet avtar. Summen av kreftene B representerer den retarderende kraften. Det er også mulig for et tog å kjøre ned en bratt skråning og føreren bruker bremsekraft for å holde en konstant tillatt hastighet.
Alle legemer er kun i stand til å deformere til en viss grense. Når denne grensen er nådd, kollapser kroppen. For eksempel knekker en tråd når forlengelsen overstiger en kjent verdi; fjæren ryker når den bøyes for mye osv.
Ris. 87. Hvis du trekker sakte i undertråden, vil overtråden ryke.
Ris. 88. Ved å trekke skarpt i undertråden kan du bryte den, og la overtråden være intakt
For å forklare hvorfor ødeleggelsen av en kropp skjedde, er det nødvendig å vurdere bevegelsen som gikk forut for ødeleggelsen. La oss for eksempel vurdere årsakene til å bryte tråden i et slikt eksperiment (fig. 87 og 88). En tung last er suspendert på en tråd; en tråd med samme styrke festes til lasten under. Hvis du trekker sakte i undertråden, vil overtråden som lasten henger på, ryke. Hvis du trekker kraftig i undertråden, vil det være undertråden som ryker, ikke overtråden. Forklaringen på denne opplevelsen er som følger. Når lasten henger, er overtråden allerede strukket til en viss lengde, og dens strekkkraft balanserer tiltrekningskraften til lasten til jorden. Ved sakte å trekke undertråden får vi lasten til å bevege seg nedover. Begge trådene er strukket, men overtråden er strukket mer, siden den allerede er strukket. Det er derfor det går i stykker tidligere. Hvis du drar kraftig i den nedre tråden, vil den på grunn av den store massen til lasten, selv med en betydelig kraft som virker fra tråden, bare motta en liten akselerasjon, og derfor, i løpet av kort tid med rykk, vil lasten ikke har tid til å oppnå en merkbar hastighet og flytte noe merkbart. Nesten lasten vil forbli på plass. Derfor vil overtråden ikke lenger forlenges og forbli intakt; den nedre tråden vil forlenges utover den tillatte grensen og bryte.
På lignende måte oppstår brudd og ødeleggelse av bevegelige kropper i andre tilfeller. For å unngå brudd og ødeleggelse ved plutselige hastighetsendringer, er det nødvendig å bruke clutcher som kan strekke seg betydelig uten å gå i stykker. Mange typer koblinger, som stålkabler, har ikke i seg selv slike egenskaper. Derfor er det i kraner plassert en spesiell fjær ("støtdemper") mellom kabelen og kroken, som kan strekke seg betydelig uten å gå i stykker, og dermed beskytter kabelen mot å ryke. Hampetau, som tåler betydelig forlengelse, trenger ikke støtdemper.
Skjøre kropper, som glassgjenstander, blir også ødelagt når de faller på et hardt gulv. I dette tilfellet er det en kraftig reduksjon i hastigheten til den delen av kroppen som berørte gulvet, og deformasjon oppstår i kroppen. Hvis den elastiske kraften forårsaket av denne deformasjonen ikke er tilstrekkelig til umiddelbart å redusere hastigheten til resten av kroppen til null, fortsetter deformasjonen å øke. Og siden skjøre kropper tåler bare små deformasjoner uten ødeleggelse, går objektet i stykker.
63.1. Hvorfor bryter koblingen av togvognene noen ganger når et elektrisk lokomotiv plutselig beveger seg unna? I hvilken del av toget er det mest sannsynlig at bruddet oppstår?
63.2. Hvorfor legges skjøre gjenstander i spon under transport?
