Partida e aceleração do trem ao sair da estação. Partida e aceleração do trem ao sair da estação Se a locomotiva elétrica se mover abruptamente
Que ninguém pense que a grande criação de Newton
pode ser derrubado pela teoria da relatividade
ou alguma outra teoria.
As ideias claras e amplas de Newton
manterão para sempre o seu significado como base sobre a qual
nossos conceitos físicos modernos são construídos...
1948 Albert Einstein
CAIXA DE PROBLEMAS DE QUALIDADE EM FÍSICA: INÉRCIA
Materiais didáticos de física para alunos e seus pais;-) e, claro, para professores criativos.
Para quem gosta de aprender!
Apresento a sua atenção 40
problemas qualitativos em física sobre o tema de: "Inércia". Vamos homenagear a integração: biofísica, ficção, nuances importantes para proprietários de automóveis, passageiros e pedestres… De acordo com a tradição estabelecida das páginas verdes, vamos nos tratar obras-primas da pintura mundial... Daremos respostas detalhadas a alguns problemas ;-) e ... uma digressão lírica da história da física:
Princípio da inércia de Galileu - primeira lei da mecânica de Newton.
Tarefa nº 1
Saindo da água, o cachorro se sacode. Que fenômeno a ajuda, neste caso, a libertar a lã da água? Explique sua resposta.
Tarefa nº 2
“Despensa do Sol”, 1945, Mikhail Mikhailovich Prishvin
“...Travka não teve que esperar muito. Com sua audição sutil, ela ouviu o estalo da pata de uma lebre, inacessível à audição humana, através das poças do caminho do pântano. Essas poças apareceram nas trilhas matinais de Nastya. O Rusak certamente apareceria agora na própria Pedra Mentirosa.
A grama atrás do arbusto de zimbro se agachou e esticou as patas traseiras para um arremesso poderoso e, quando viu as orelhas, correu.
Justamente nessa hora, a lebre, uma lebre grande, velha e experiente, mancando mal, resolveu parar repentinamente e, mesmo ficando de pé nas patas traseiras, para ouvir a que distância a raposa latia.
Então eles se juntaram ao mesmo tempo: a grama correu e a lebre parou.
E a grama foi carregada pela lebre.
Enquanto o cachorro se endireitava, a lebre já voava com grandes saltos pelo caminho de Mitrashina direto para o Elan Cego..."
Por que Grass foi carregado pela lebre?
Responder: Quando a lebre parou repentinamente, o cachorro Grass, por inércia, continuou seu movimento para frente e saltou sobre a lebre.
Tarefa nº 3
A lebre, fugindo do lobo que a persegue, dá saltos bruscos para o lado. Por que é difícil para um lobo pegar uma lebre, embora corra mais rápido?
Responder: No momento em que a lebre faz uma curva fechada, o lobo, por inércia, continua avançando e não consegue agarrar a lebre.
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Komarov Alexei Nikanorovich(1879–1977) é considerado o fundador da escola animalesca russa. Alexey Nikanorovich Komarov ilustrou livros científicos e infantis, criou desenhos para selos, cartões postais e recursos visuais. Várias gerações de crianças cresceram aprendendo com seus maravilhosos desenhos nos livros didáticos.
Para os curiosos: Casaco de inverno de lebre marrom ligeiramente mais claro que o verão (ao contrário das lebres brancas, as lebres marrons nunca ficam brancas como a neve no inverno); a cabeça, as pontas das orelhas e a parte frontal das costas permanecem escuras no inverno. Casaco de inverno de lebre branca– branco deslumbrante, com exceção das pontas pretas das orelhas. No entanto... em áreas onde não há cobertura de neve estável, as lebres não ficam brancas no inverno ;-)
Tarefa nº 4
Vagens maduras de leguminosas, abrindo-se rapidamente, descrevem arcos. Que fenômeno está subjacente a este método de dispersão de sementes?
Responder: Vagens maduras de leguminosas, abrindo-se rapidamente, descrevem arcos - neste momento, as sementes, rompendo-se de seus locais de fixação, movem-se tangencialmente para os lados por inércia e caem significativamente mais longe que a planta-mãe.
Inércia na vida selvagem:: Peixe voador
Para os curiosos: Nas zonas tropicais dos oceanos Atlântico e Índico, é frequentemente observado o voo dos chamados peixes voadores, que, fugindo dos predadores marinhos, saltam da água e, com vento favorável, fazem um voo planado, percorrendo distâncias de até 200-300 m a uma altitude de 5-7 m O peixe sobe no ar devido às vibrações rápidas e fortes da barbatana caudal. Primeiro, o peixe corre ao longo da superfície da água, depois um forte golpe da cauda o levanta no ar. Longas barbatanas peitorais espalhadas sustentam o corpo do peixe como um planador. O vôo de um peixe voador é estabilizado por suas nadadeiras caudais; os peixes se movem por inércia.
Alfred Edmundo Brehm(Alfred Edmund Brehm; 02.02.1829–11.11.1884) - zoólogo e viajante alemão, autor da famosa obra científica popular "Vida dos animais".
Para os amantes da arte animal, sugiro que dêem uma olhada nas páginas verdes:
§ Quem é Tsutsik? Um pequeno estudo
tsutsik pode ser diferente :-)
§ Friedrich Wilhelm Kuhnert
Leões, elefantes, tigres, pássaros...
§ Pinturas misteriosas do artista Stephen Gardner (Parte I)
pandas, ursos negros (baribais), corujas, lobos
§ Pinturas misteriosas do artista Stephen Gardner (Parte II)
cavalos, coiotes, pumas, morsas
§ Pinturas misteriosas do artista Stephen Gardner (Parte III)
tartarugas marinhas, baleias, orcas, golfinhos
Problema nº 5
“Sapo Viajante”, 1887, Vsevolod Mikhailovich Garshin
“...Então o sapo não aguentou mais e, esquecendo todos os cuidados, gritou com todas as forças:
- Sou eu! EU!
E com aquele grito ela voou de cabeça para baixo no chão. Os patos grasnaram alto; um deles quis pegar o pobre companheiro na hora, mas errou. O sapo, sacudindo as quatro patas, caiu rapidamente no chão; mas como os patos voavam muito rápido, ela não caiu diretamente no local onde gritava e onde havia uma estrada difícil, mas muito mais longe, o que foi uma grande felicidade para ela, pois mergulhou num lago sujo na orla da aldeia .
Ela logo emergiu da água e imediatamente gritou novamente a plenos pulmões:
- Sou eu! Eu inventei isso!..."
Por que o sapo caiu no chão em um lugar diferente de onde começou a cair?
Responder: O sapo, ao cair, manteve sua velocidade horizontal por inércia, então caiu em um local diferente de onde começou a cair.
Problema #6
Por que edifícios e pontes desabam durante um terremoto? Por que é recomendado, se possível, sair do edifício e ir para um espaço aberto durante os terremotos?
Responder: A principal causa de destruição durante terremotos são fortes tremores e tremores de terra que atingem a superfície da Terra. Devido à inércia e rigidez da estrutura das estruturas terrestres, elas desabam.
A terra inteira tremeu, uma crista de nuvens se precipitou.
O tremor da terra levou cidades...
Todas as algemas do céu foram capazes de se abrir.
As juntas da terra foram abaladas por tremores desenfreados,
Ele espremeu a terra pobre em tal vício,
Que ele quebrou pedras enormes em pedaços...
Nizami
Nizami Ganjavi Abu Muhammad Ilyas ibn Yusuf (cerca de 1141 - cerca de 1209) é um clássico da poesia persa, um dos maiores poetas do Oriente medieval.
Bacia Pyotr Vasilievich(1793–1877) – Pintor de gênero russo e pintor de retratos.
Problema nº 7
Por que é proibido rebocar um carro com freios defeituosos usando um cabo flexível?
Problema nº 8
Por que o motorista reduz a velocidade do carro ao fazer uma curva?
Problema nº 9
Por que é necessário fixar com segurança as cargas na traseira de um caminhão?
Problema nº 10
Por que você não pode atravessar a rua na frente do trânsito próximo?
Problema nº 11
Por que você não deveria pular do estribo de um ônibus ou bonde?
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Zuev Agap Sergeevich(31/01/1922–1985) - Pintor soviético, russo. Membro do Sindicato dos Artistas da URSS.
Problema nº 12
Por que ambas as rodas freiam quando uma motocicleta para rapidamente? O que pode acontecer se você frear apenas com a roda dianteira?
Problema nº 13
Por que a luz vermelha traseira de um carro deveria acender quando o motorista do carro pressiona o pedal do freio?
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Pimenov Yuri Ivanovich(1903–1977) – Pintor e artista gráfico soviético. Artista do Povo da URSS. Laureado de Lenin e dois prêmios Stalin de segundo grau.
Problema nº 14
Explique a razão pela qual quando um carro freia bruscamente, sua parte dianteira cai.
Responder: Durante uma travagem brusca, a parte dianteira do carro continua a mover-se por inércia, girando as rodas dianteiras num pequeno ângulo, o que leva ao seu abaixamento.
Problema nº 15
Que mudanças ocorreram no movimento do carro se o passageiro fosse pressionado contra o encosto do banco; para o lado direito do encosto do banco?
Responder: O carro começou a aumentar a velocidade; começou a virar à esquerda.
Problema nº 16
Explique a finalidade dos cintos de segurança e airbags em um carro. Por que a eficácia dos airbags depende do uso do cinto de segurança pelo motorista e pelo passageiro dianteiro? Por que o acionamento dos airbags em um acidente pode causar lesões graves ao motorista e ao passageiro de um veículo se eles não estiverem usando cinto de segurança?
Problema nº 17
Os sinais de alerta avisam os condutores de que se aproximam de um troço perigoso da estrada, cuja condução exige a tomada de medidas adequadas à situação. Existem três sinais de alerta na sua frente. Explique cada um deles e indique quais medidas o condutor do veículo deve tomar ao ver tal sinalização.
Sinais de trânsito de alerta
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Responder: Número do sinal: 1,15 – Estrada escorregadia. Um trecho de estrada com maior escorregadio da estrada. . Número do sinal: 1,23 – Crianças. Um troço de estrada perto de uma instituição infantil (escola, campo de saúde, etc.), em cuja estrada podem aparecer crianças. O motorista deve reduzir a velocidade. Número do sinal: 1,27 – Animais selvagens. A placa alerta que animais selvagens podem correr para a estrada. O motorista deve reduzir a velocidade.
Problema nº 18
Por que os passageiros são obrigados a apertar os cintos de segurança antes da decolagem e do pouso?
Problema nº 19
Por que os passageiros de um ônibus, bonde ou trólebus deveriam segurar-se nos corrimãos?
Problema nº 20
Em que direção os passageiros do ônibus se desviam quando a velocidade aumenta repentinamente? durante uma parada repentina?
Problema nº 21
Que mudança ocorreu no movimento do ônibus aquático se os passageiros se desviassem repentinamente para a direita?
Problema nº 22
Em que direção cai uma pessoa que tropeça? uma pessoa que escorregou? Por que?
Problema nº 23
“Chuk e Gek”, 1939, Arkady Petrovich Gaidar
“...Durante todo o dia seguinte a estrada passou por florestas e montanhas. Nas subidas, o cocheiro saltava do trenó e caminhava pela neve ao lado dele. Mas nas encostas íngremes o trenó corria com tanta velocidade que parecia a Chuk e Gek que eles, junto com os cavalos e o trenó, estavam caindo no chão direto do céu.
Finalmente, à noite, quando as pessoas e os cavalos estavam bastante cansados, o cocheiro disse:
- Bem, aqui estamos! Atrás deste dedo do pé há uma curva. Aqui, na clareira, está a base deles... Ei, mas-oh!... Empilhem-se!
Gritando alegremente, Chuk e Huck pularam, mas o trenó foi puxado e eles caíram no feno..."
Por que os meninos caíram no feno quando o trenó foi puxado?
Responder: Os corpos dos meninos, por inércia, permaneceram em repouso e suas pernas começaram a avançar junto com o trenó, então Chuk e Gek caíram para trás e se jogaram no feno.
Problema nº 24
Por que os congestionamentos de gelo se formam nas curvas dos rios durante a deriva do gelo?
Problema nº 25
Por que, ao transportar madeira, um grande número de toras é jogado na costa nas curvas do rio? Por que as jangadas de árvores só são permitidas em muitos países?
Belov Kondrati Petrovich(23/03/1900–04/05/1988) – Pintor soviético. Artista do Povo da RSFSR. Na paisagem de 1949 "Rafting de madeira no Irtysh" foi incluído na exposição de arte soviética exibida em vários países estrangeiros. Os críticos de arte o chamaram o primeiro retrato completo e expressivo da Sibéria.
Para os curiosos: Rafting em madeira- a forma tradicional e mais barata de transportá-lo para as marcenarias. O corte mais intenso costuma ser feito no inverno, pois causa menos danos à floresta. Em trenós puxados por tratores ou carros potentes, a floresta é transportada até a margem do rio congelado. Então, durante a enchente da primavera, as vigas o lançam na água. Com o rafting, a floresta flutua sozinha. Ao fazer rafting, as jangadas são amarradas em troncos. As árvores flutuando livremente ao longo do rio rapidamente se molham e afundam. Um grande número de toras é jogado na costa nas curvas do rio. Além disso, quando um grande número de árvores é derrubado ao mesmo tempo, seus troncos causam danos irreparáveis à fauna fluvial, cortando algas e privando peixes e anfíbios de alimento. Quando os troncos afundados apodrecem, substâncias tóxicas para os peixes também passam para a água. Finalmente, os troncos que se projetam do fundo do rio representam um grande perigo para as embarcações fluviais. Os troncos das árvores que não são retirados do rio em tempo hábil tornam-se impróprios para uso industrial. É por isso Em muitos países, o rafting em árvores é permitido apenas por jangadas.
Problema nº 26
Por que é proibido levantar repentinamente uma carga com um guindaste?
Problema nº 27
Quando uma locomotiva elétrica começa repentinamente a mover um trem, o acoplamento pode quebrar. Em qual trem é mais provável que ocorra uma ruptura, com ou sem carga? Por que?
Problema nº 28
Como fica a superfície livre do óleo no tanque quando a locomotiva elétrica ganha velocidade? Quando ele desacelera? Justifique sua resposta com desenhos.
Problema nº 29
O trem se aproxima da estação e diminui a velocidade. Em que direção é mais fácil arrastar uma mala pesada pelo chão do vagão neste momento - ao longo do trem ou na direção oposta?
Responder: Ao longo do trem.
Problema #30
Por que o mandril continua girando após desligar o motor de uma furadeira (furadeira elétrica)?
Inércia em equipamentos militares:: Artilharia
Não é o trovão que ressoa nas nuvens e não é o relâmpago que queima -
Nossas armas falam com uma voz poderosa!
Não toque, inimigo, na sua terra natal, não toque na terra do trabalho!
A vingança sagrada leva à batalha! Mire direto! Fogo! Fogo! Fogo!…
"Marcha da Artilharia", 1944
palavras: Sergei Alexandrovich Vasiliev
música: Anatoly Grigorievich Novikov
Usypenko Fyodor Pavlovich(1917–2000) – Pintor soviético, membro da União dos Artistas da URSS. Artista do Povo da RSFSR.
Para os curiosos: O fenômeno da inércia foi utilizado no projeto de fusíveis para projéteis de artilharia. Quando um projétil, atingindo um obstáculo, para repentinamente, a cápsula explosiva, colocada dentro do projétil, mas não rigidamente conectada ao seu corpo, continua a se mover por inércia e atinge a ponta do fusível conectado ao corpo. Da mesma forma, a aceleração significativa recebida pelo projétil no momento do disparo é utilizada para retirar o fusível, eliminando o perigo de explosão do projétil durante o armazenamento, transporte ou carregamento da arma.
Problema nº 31
Todos os grãos da pedra de amolar se movem junto com ela ao redor do círculo. Mas assim que o grão se desprende da pedra, seu movimento se torna linear. Por que?
Problema nº 32
Para que a coluna de mercúrio em um termômetro médico caia, o termômetro é “abalado” - abaixado e então parado abruptamente. Qual é a razão da queda da coluna de mercúrio?
Responder: No momento de uma parada brusca do corpo do termômetro, o mercúrio, por inércia, continua a se mover e cai.
Problema nº 33
Por que um ciclista aumenta sua velocidade ao se aproximar de uma subida na estrada?
Problema nº 34
Por que eles começam a correr quando saltam longos e altos? Por que é mais fácil pular uma poça, riacho ou vala correndo?
Problema nº 35
Por que o impacto dos martelos a vapor na bigorna sacode o solo muito menos com bigornas pesadas do que com bigornas mais leves? Por que uma bigorna deveria ser significativamente mais massiva que um martelo?
Problema nº 36
Por que uma xícara cheia de chá ou uma tigela de sopa não podem ser colocadas rápida e abruptamente sobre a mesa sem derramar?
Problema nº 37
Existem duas maneiras de dividir logs. No primeiro caso, a tora é golpeada com um machado de movimento rápido. Na segunda, enfiam o machado na tora com um golpe fraco e, em seguida, balançando o machado com a tora empalada, batem com a coronha no bloco. Explique os fenômenos mecânicos observados neste caso.
Responder: Ao cortar madeira, batendo em uma tora com um machado, ela continua se movendo devido à inércia e penetra profundamente na tora imóvel. Quando a coronha de um machado parcialmente cravado em uma tora é atingida contra um bloco no qual a lenha está cortada, o machado para, mas a tora continua a se mover devido à inércia e às rachaduras.
Problema nº 38
O que acontece com o cavaleiro se o cavalo tropeçar ao saltar um obstáculo?
Responder: Quando o cavalo para repentinamente, o cavaleiro, movendo-se por inércia, cairá para frente sobre a cabeça do cavalo.
Problema nº 39
Por que uma régua suspensa em anéis de papel quebra quando atingida com força, mas os anéis permanecem intactos?
Problema nº 40
Coloque um cartão postal no vidro e uma moeda no cartão postal. Clique no cartão. Por que o cartão voa e a moeda cai no vidro?
Responder: Devido à inércia da moeda e à interação insuficiente entre a moeda e o cartão.
E para concluir... um pouco de história da física…
Dê-me matéria e movimento e construirei o Universo.
1640 René Descartes
René Descartes(René Descartes; 31/03/1596–11/02/1650) - Filósofo, matemático, mecânico, físico e fisiologista francês, criador da geometria analítica e do simbolismo algébrico moderno.
Princípio da inércia de Galileu - primeira lei da mecânica de Newton
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sobre a essência do movimento e do sistema do mundo... Movimento
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Galileu Galilei(Galileu Galilei; 15/02/1564–08/01/1642) - Físico, mecânico, astrônomo, filósofo e matemático italiano. Galileu Galilei é justamente chamado de pai fundador da física experimental.
Justus Sustermans(Justus Sustermans; 1597–1681) - Pintor flamengo da era barroca.
Na primeira parte de seu poema "Movimento" Alexandre Sergeevich Púchkin descreve uma disputa entre cientistas gregos antigos sobre a essência do movimento. Na segunda parte, ele se refere à existência de dois sistemas mundiais opostos - geocêntrico(A Terra está imóvel, mas o Sol se move ao redor da Terra) e heliocêntrico(A Terra gira em torno do Sol) criado por Claudius Ptolomeu e Nikolai Copérnico.
Não é à toa que se menciona teimosia aqui ;-) Galileu Galilei.
Em 1632, a obra foi publicada em Florença Galileo Galilei "Diálogo sobre os dois principais sistemas do mundo"(sobre o sistema geocêntrico de Ptolomeu e o sistema heliocêntrico do mundo de Copérnico). Nele, Galileu lançou as bases da dinâmica - o princípio da inércia e o princípio clássico da relatividade.
Em 1687 Isaac Newton formulou as leis da dinâmica. Não apenas o movimento dos planetas ao redor do Sol, mas também fenômenos muito mais complexos tornaram-se compreensíveis e calculáveis. Isaac Newton adotou o princípio da inércia de Galileu como a primeira lei da dinâmica..
Galileu formulou este princípio como consequência de suas experiências no estudo da queda de corpos em um plano inclinado.
Galileu não fez distinção entre conceitos "força" E "peso", tão instalado por ele princípio da inércia não reivindicou uma lei fundamental da natureza.
Newton colocou lei da inércia (princípio galileu da inércia)à frente de todo o seu sistema de mecânica.
Na formulação moderna princípio da inércia Afirma que todo corpo mantém um estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme até que a influência de outros corpos o tire desse estado.
Isaac Newton(Sir Isaac Newton; 04/01/1643–31/03/1727) - Físico, matemático, mecânico e astrônomo inglês, um dos fundadores da física clássica. Autor da obra fundamental “Princípios Matemáticos da Filosofia Natural”, na qual delineou a lei da gravitação universal e as três leis da mecânica, que se tornaram a base da mecânica clássica.
Thornhill James(James Thornhill; 25/07/1675–13/05/1734) - Pintor inglês, fundador da pintura histórica inglesa.
...dos fenómenos do movimento ao estudo da natureza das forças e depois destas forças à demonstração de outros fenómenos: ...os movimentos dos planetas, dos cometas, da Lua e do mar...
1686 Isaac Newton
Desejo-lhe sucesso em tomar sua própria decisão
problemas de qualidade em física!
Literatura:
§ Katz Ts.B. Biofísica nas aulas de física
§ Lukashik V.I. Olimpíada de Física
Moscou: Editora Prosveshchenie, 1987
§ Tarasov L.V. Física na natureza
Moscou: Editora Prosveshchenie, 1988
§ Perelman Ya.I. Você conhece física?
Domodedovo: editora "VAP", 1994
§ Zolotov V.A. Perguntas e tarefas nas séries de física 6 a 7
Moscou: editora "Prosveshchenie", 1971
§ Tulchinsky M.E. Problemas qualitativos em física
Moscou: Editora Prosveshchenie, 1972
§ Kirillova I.G. Lendo um livro sobre física do 6º ao 7º ano
Moscou: Editora Prosveshchenie, 1978
§ Erdavletov S.R., Rutkovsky O.O. Geografia interessante do Cazaquistão
Alma-Ata: Editora Mektep, 1989.
A teoria do movimento dos trens é parte integrante da ciência aplicada da tração ferroviária, que estuda as questões do movimento dos trens e da operação das locomotivas. Para uma compreensão mais clara do processo de operação de uma locomotiva elétrica, é necessário conhecer os princípios básicos desta teoria. Em primeiro lugar, consideremos as principais forças que atuam no trem durante o movimento - esta é a força de tração F, a resistência ao movimento W, a força de frenagem B. O maquinista pode alterar a força de tração e a força de frenagem; a força de resistência ao movimento não pode ser controlada.
Como essas forças são formadas, de que dependem? Já dissemos que cada roda motriz de uma locomotiva elétrica possui um motor de tração separado, que é conectado a ele por um redutor (Fig. 3, a). A pequena roda dentada da caixa de engrenagens (engrenagem) é montada no eixo do motor de tração, e a grande é montada no eixo do rodado. A relação entre o número de dentes da roda grande e o número de dentes da roda pequena é chamada de relação de transmissão. Se você ligar o motor de tração, um torque será criado em seu eixo. A velocidade de rotação do rodado será 1 vez menor que a velocidade de rotação do eixo do motor, mas o torque é correspondentemente 1 vez maior (se não levar em conta a eficiência da transmissão).
Consideremos as condições necessárias para que uma locomotiva elétrica comece a se mover.
Se as rodas da locomotiva elétrica não tocassem nos trilhos, após a partida dos motores de tração elas simplesmente girariam, permanecendo no mesmo lugar. Porém, devido ao fato das rodas da locomotiva entrarem em contato com os trilhos quando os torques M são transmitidos aos eixos dos rodados, surge uma força de adesão entre as superfícies das rodas e dos trilhos.
De passagem, notamos que inicialmente, ao criar as primeiras locomotivas - locomotivas a vapor, eles geralmente duvidavam da possibilidade de seu movimento ao longo de uma via férrea “lisa”. Portanto, foi proposta a criação de engrenagens entre as rodas da locomotiva e os trilhos (locomotiva Blenkinson). Também foi construída uma locomotiva (locomotiva Brunton), que se movia ao longo dos trilhos com a ajuda de dispositivos especiais que eram empurrados alternadamente para fora dos trilhos. Felizmente, essas dúvidas não foram justificadas.
O momento M (ver Fig. 3) aplicado à roda forma um par de forças com o ressalto R. A força FK é direcionada contra o movimento. Tende a mover o ponto de referência da roda em relação ao trilho na direção oposta à direção do movimento. Isso é evitado pela força de reação do trilho, a chamada força de adesão Fcu, que surge quando a roda pressiona o trilho no ponto de apoio. Segundo a terceira lei de Newton, é igual e oposta à força. FK. Essa força força a roda e, portanto, a locomotiva elétrica, a se mover ao longo do trilho.
No ponto de contato da roda com o trilho existem dois pontos, um dos quais pertence à bandagem Ab e o outro ao trilho Ar. Para uma locomotiva elétrica parada, esses pontos se fundem em um só. Se, durante a transferência de torque para a roda, o ponto Ab se mover em relação ao ponto Lp, então no instante seguinte as pontas da bandagem começarão a entrar alternadamente em contato com o ponto Lp. Nesse caso, a locomotiva não começa a se mover e, se já estava em movimento, sua velocidade diminui drasticamente, a roda perde o apoio e começa a escorregar em relação ao trilho - escorregando.
No caso em que os pontos Ap e Ab não possuem deslocamento relativo, a cada momento subsequente eles deixam contato, mas ao mesmo tempo os seguintes pontos entram em contato continuamente: BB com Br, Wb com BP, etc.
O ponto de contato entre a roda e o trilho representa o centro instantâneo de rotação. Obviamente, a velocidade com que o centro de rotação instantâneo se move ao longo dos trilhos é igual à velocidade do movimento de avanço da locomotiva.
Para movimentar uma locomotiva elétrica, é necessário que a força de adesão no ponto de contato entre a roda e o trilho feu, igual mas oposta em direção à força FK, não ultrapasse um determinado valor limite. Até alcançá-lo, a força FC cria um torque reativo FCVLR, que, segundo a condição de movimento uniforme, deve ser igual ao torque.
A soma das forças de adesão nos pontos de contato de todas as rodas da locomotiva elétrica determina a força total, denominada força de tração tangencial FK. Não é difícil imaginar que exista uma certa força máxima de tração, limitada pelas forças de adesão, na qual o boxe ainda não ocorre.
O surgimento da força de adesão pode ser um tanto simplificado como segue. Existem irregularidades nas superfícies aparentemente lisas dos trilhos e rodas. Como a área de contato (superfície de contato) da roda e do trilho é muito pequena e a carga das rodas nos trilhos é significativa, surgem grandes pressões no ponto de contato. As irregularidades da roda são pressionadas nas irregularidades da superfície dos trilhos, resultando na adesão da roda ao trilho.
Foi estabelecido que a força de adesão é diretamente proporcional à força de pressão - a carga de todas as rodas móveis nos trilhos. Essa carga é chamada de peso de adesão da locomotiva.
Para calcular a força máxima de tração que uma locomotiva pode desenvolver sem ultrapassar a força de adesão, além do peso de adesão, também é necessário conhecer o coeficiente de adesão. Multiplicando o peso de adesão da locomotiva por este coeficiente, determina-se a força de tração.
O trabalho de muitos cientistas e profissionais é dedicado ao problema de maximizar o uso da adesão entre rodas e trilhos. Ainda não foi definitivamente resolvido.
O que determina o valor do coeficiente de adesão? Em primeiro lugar, depende do material e do estado das superfícies de contato, do formato das tiras e dos trilhos. À medida que a dureza dos pneus das rodas e dos trilhos aumenta, o coeficiente de adesão aumenta. Quando a superfície do trilho está molhada e suja, o coeficiente de adesão é menor do que quando está seco e limpo. A influência da condição da superfície do trilho no coeficiente de adesão pode ser ilustrada pelo exemplo a seguir. No jornal Trud de 13 de dezembro de 1973, no artigo “Caracóis contra a locomotiva a vapor”, foi noticiado que um dos trens na Itália foi forçado a parar por várias horas. O motivo do atraso foi um grande número de caracóis rastejando pela linha férrea. O maquinista tentou guiar o trem através dessa massa em movimento, mas sem sucesso: as rodas escorregavam e ele não conseguia se mover. Somente depois que o fluxo de caracóis diminuiu é que o trem conseguiu se mover.
O coeficiente de adesão também depende do projeto da locomotiva elétrica - o dispositivo de suspensão por mola, o circuito de comutação dos motores de tração, sua localização, o tipo de corrente, o estado da via (quanto mais os trilhos estão deformados ou a camada de lastro afundamentos, menor será o coeficiente de adesão realizado) e outras razões. A forma como estas razões influenciam a implementação da força de tracção será discutida mais adiante nos parágrafos relevantes do livro. O coeficiente de adesão também depende da velocidade do trem: no momento da partida do trem, é maior com o aumento da velocidade, o coeficiente de adesão realizado primeiro aumenta ligeiramente, depois cai; Como você sabe, seu valor varia muito - de 0,06 a 0,5. Devido ao fato de o coeficiente de adesão depender de muitos fatores, o coeficiente de adesão calculado é utilizado para determinar a força máxima de tração que uma locomotiva elétrica pode desenvolver sem escorregar. Representa a relação entre a maior força de tração, realizada de forma confiável em condições operacionais, e o peso de adesão da locomotiva. O coeficiente de adesão calculado é determinado por meio de fórmulas empíricas que dependem da velocidade; baseiam-se em numerosos estudos e viagens experimentais, tendo em conta as conquistas de maquinistas avançados.
Ao partir da paralisação, ou seja, quando a velocidade é zero, o coeficiente para locomotivas elétricas de corrente contínua e alimentação dupla é de 0,34 (0,33 para locomotivas elétricas da série VL8) e 0,36 para locomotivas elétricas de corrente alternada. Assim, para uma locomotiva elétrica de alimentação dupla VL 82m, cujo peso de adesão é P = 1960 kN (200 tf), a força de tração tangencial Fk levando em consideração o coeficiente de projeto.
Se a superfície dos trilhos estiver suja e o coeficiente de adesão tiver diminuído, digamos, para 0,2, então a força de tração Pk será de 392 kN (40 tf). Quando é fornecida areia, este coeficiente pode aumentar para o valor anterior e até ultrapassá-lo. O uso de areia é especialmente eficaz em baixas velocidades: até uma velocidade de 10 km/h em trilhos molhados, o coeficiente de aderência aumenta em 70-75%. O efeito do uso de areia diminui com o aumento da velocidade.
É muito importante garantir o maior coeficiente de aderência na partida e no movimento: quanto mais alto for, maior será a força de tração que a locomotiva elétrica pode realizar, maior será a massa do trem que poderá ser movimentada.
A resistência ao movimento do trem W surge devido ao atrito das rodas nos trilhos, atrito nas caixas de eixo, deformação da via, resistência do ar, resistência causada por descidas e subidas, seções curvas da via, etc. as forças de resistência são geralmente direcionadas contra o movimento e somente em descidas muito íngremes coincidem com a direção do movimento.
A resistência ao movimento é dividida em básica e adicional. A resistência principal atua constantemente e ocorre assim que o trem começa a se mover; adicionalmente devido a inclinações da pista, curvas, temperatura externa, vento forte, partida.
É muito difícil calcular os componentes individuais da resistência principal para treinar o movimento. Geralmente é calculado para vagões de cada tipo e locomotivas de diferentes séries usando fórmulas empíricas obtidas com base nos resultados de muitos estudos e testes sob diversas condições. O arrasto principal aumenta à medida que a velocidade aumenta. Em altas velocidades, predomina a resistência do ar.
Levando em consideração a principal resistência ao movimento da locomotiva, além da força de tração tangencial da locomotiva elétrica, é introduzido o conceito de força de tração no acoplador automático Fa (Fig. 4).
No processo de condução de um trem, para reduzir a velocidade, parar ou manter sua velocidade constante nas descidas, os freios são utilizados para criar uma força de frenagem B. A força de frenagem é gerada devido ao atrito das pastilhas de freio nos pneus das rodas (mecânico frenagem) ou quando os motores de tração operam como geradores. Como resultado da pressão da pastilha de freio na bandagem com força K (ver Fig. 3, b), surge uma força de atrito sobre ela.
atrito. Com isso, forma-se sobre a bandagem uma força de adesão B no ponto de contato com o trilho, igual à força T. A força B é de frenagem: impede o movimento do trem.
O valor máximo da força de frenagem é determinado pelas mesmas condições da força de tração. Para evitar derrapagens (deslizamento sem rotação das rodas nos trilhos) durante a frenagem, deve ser atendida a condição de atrito das pastilhas de freio na faixa; depende da velocidade do movimento, da pressão específica das pastilhas na roda e do seu material. Este coeficiente diminui com o aumento da velocidade e da pressão específica devido ao aumento da temperatura das superfícies de atrito. Portanto, aplique pressão bilateral nas rodas durante a frenagem.
Dependendo das forças aplicadas ao trem, distinguem-se três modos de movimento do trem: tração (movimento sob corrente), desaceleração (sem corrente), frenagem.
No momento da partida e durante o movimento adicional sob corrente, o trem está sujeito à força de tração Fк e à resistência ao movimento do trem K. A natureza da mudança na velocidade dependendo do tempo na seção da curva OA (Fig. 5) é determinado pela diferença de forças. Quanto maior for essa diferença, maior será a aceleração do trem. A resistência ao movimento, como já foi observado, é uma quantidade variável que depende da velocidade. Aumenta com a velocidade. Portanto, se a força de tração permanecer constante, a força de tração acelerada diminuirá. Após um certo ponto O, a força de tração diminui. Então chega um momento em que Fк e o trem sob corrente se movem a uma velocidade constante (seção da curva AB).
Em seguida, o maquinista pode desligar os motores e continuar se movendo na costa (trecho BV) devido à energia cinética do trem. Nesse caso, o trem é afetado apenas pela força de resistência ao movimento, o que reduz sua velocidade se o trem não estiver se deslocando em uma descida acentuada. Quando o maquinista aciona os freios (do ponto B ao ponto D), duas forças atuam no trem - resistência ao movimento e força de frenagem B. A velocidade do trem diminui. A soma das forças B representa a força retardadora. Também é possível que um trem desça uma encosta íngreme e o maquinista use a força de frenagem para manter uma velocidade constante permitida.
Todos os corpos são capazes de deformar-se apenas até um certo limite. Quando esse limite é atingido, o corpo entra em colapso. Por exemplo, um fio quebra quando seu alongamento excede um valor conhecido; a mola quebra quando é muito dobrada, etc.
Arroz. 87. Se você puxar a linha de baixo lentamente, a linha de cima se romperá.
Arroz. 88. Ao puxar bruscamente a linha de baixo, você pode quebrá-la, deixando a linha de cima intacta
Para explicar por que ocorreu a destruição de um corpo, é necessário considerar o movimento que precedeu a destruição. Consideremos, por exemplo, as razões para o rompimento do fio em tal experimento (Fig. 87 e 88). Uma carga pesada está suspensa por um fio; um fio com a mesma resistência é preso à carga abaixo. Se você puxar a linha inferior lentamente, a linha superior na qual a carga está pendurada se romperá. Se você puxar a linha de baixo com força, será a linha de baixo que quebrará, não a linha de cima. A explicação para esta experiência é a seguinte. Quando a carga está pendurada, o fio superior já está esticado até um determinado comprimento e sua força de tensão equilibra a força de atração da carga para o solo. Ao puxar lentamente a linha inferior, fazemos com que a carga se mova para baixo. Ambos os fios estão esticados, mas o fio de cima está mais esticado, pois já foi esticado. É por isso que quebra mais cedo. Se você puxar bruscamente a linha inferior, devido à grande massa da carga, mesmo com uma força significativa atuando da linha, ela receberá apenas uma ligeira aceleração e, portanto, em um curto espaço de tempo de solavancos, a carga não tenha tempo para adquirir uma velocidade perceptível e mover-se visivelmente. Quase a carga permanecerá no lugar. Portanto, a linha superior não se alongará mais e permanecerá intacta; a linha inferior se alongará além do limite permitido e quebrará.
De forma semelhante, rupturas e destruição de corpos em movimento ocorrem em outros casos. Para evitar rupturas e destruição durante mudanças bruscas de velocidade, é necessário usar embreagens que possam esticar significativamente sem quebrar. Muitos tipos de acoplamentos, como cabos de aço, não possuem tais propriedades. Portanto, nos guindastes, uma mola especial (“amortecedor”) é colocada entre o cabo e o gancho, que pode se estender significativamente sem quebrar, protegendo assim o cabo de quebrar. A corda de cânhamo, que pode suportar alongamentos significativos, não precisa de amortecedor.
Corpos frágeis, como objetos de vidro, também são destruídos quando caem em piso duro. Nesse caso, ocorre uma diminuição acentuada da velocidade da parte do corpo que tocou o chão e ocorre deformação no corpo. Se a força elástica causada por esta deformação não for suficiente para reduzir imediatamente a velocidade do resto do corpo a zero, então a deformação continua a aumentar. E como os corpos frágeis podem suportar apenas pequenas deformações sem destruição, o objeto quebra.
63.1. Por que o engate dos vagões às vezes quebra quando uma locomotiva elétrica se afasta repentinamente? Em que parte do trem é mais provável que a ruptura ocorra?
63.2. Por que os itens frágeis são colocados em aparas durante o transporte?
