Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Fizika a közlekedésben

Fékút számítása

Szakkörünkben az ismert kinetikai és dinamikai összefüggésekből az alábbi képletet alkottuk, csúszva lassuló tárgy fékútjának számítására:

    s = v2/20*mű

ahol s: fékút, v: sebesség m/s-ban, mű: súrlódási együttható

 

Kerékpár várható gyorsulásának számítása

Ha ki tudjuk számítani a hátsó kerék és talaj között fellépő (F2) gyorsulást okozó erőt, akkor a tömeg ismeretében a gyorsulás kiszámítható.
A kerékpár hajtószerkezetének és a legfontosabb erőknek a vázlata az alábbi ábrán látható:

bicikli.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Az F1 pedálerő maximálisan a kerékpárt hajtó személy súlyával egyezik meg, a hajtókar vízszintes helyzetében. A hajtóerő változása miatt ezt átlagosan az illető súlyának felének tekinthetjük.
A talajon ható F2 erő, a hajtókarok hosszának aránya miatt kb felére csökken (A hátsó kerék sugara mintegy kétszerese a hajtókar hosszának).
Tehát egy 600 N-os személy esetén az F2 erő mintegy 150 N.
A kerékpár és az utas együttes tömege: 75 kg.
A várható gyorsulás az a = F/m összefüggésből: 150/75 = 2 m/s
2

Fenti számításainkat méréssel is igazolhatjuk:
Megmérjük a kerékpár és az utas tömegét, majd a gyorsulást egy 10 m-es szakaszon vizsgáljuk, oly módon, hogy a szakasz megtételéhez szükséges időt mérjük.

A mért idő és úthossz alapján a gyorsulás  a = 2s / t2

Egyik mérésünk alapján a 10 m-es gyorsítási utat a bicikli 3,3 s alatt tette meg, ebből számítva a gyorsulás = 1,84 m/s2

 

Kerékpár lassulásának mérése csúszva (blokkolva) és gördülve fékezés esetén.

Mint azt a hetedikes fizikában tanuljuk a csúszási súrlódási erő mindig kisebb, mint a tapadási súrlódás. Ennek értelmében hatékonyabb a lassítás, ha a megcsúszás határán nyomva a féket, a kereket még gördülve hagyva fékezünk. (Ezért szerelnek a gépkocsikba ABS-t, vagyi blokkolásgátlót).

A lassulásméréseket az előző pontban leírt gondolatmenet alapján végezhetjük, vagyis mérjük a fékutat és a fékezési időt, amiből a negatív gyorsulás kiszámítható.

 

Jármű gyorsulásának számítása utazás közben mért adatokból

Gépkocsiban: Stopperrel követve a kilométeróra állását, a kocsi gyorsulás kiszámítható. Mérjük az indulástól a gyorsítás végéig eltelt időt, majd a m/s-ra átváltott sebességértéket az idővel elosztjuk.

Vonaton utazva az eljárás a gyorsítási idő méréséhez hasonló, de az elért sebességet trükkösebben kell kiszámolnunk.
Az ablakon kinézve, a vasúti pálya mellett 200 m-enként számjelzéssel ellátott köveket látunk, amelyeken a távolság százméterekben van felfestve. A gyorsítási szakasz végén elért sebesség kiszámításához megmérjük, hogy pl. 400 métert hány másodperc alatt tettünk meg, amiből a sebesség egyszerűen képezhető.

Egy konkrét példa: A miskolci vasúti fővonalon, villanymozdonnyal vontatott szerelvény, 65 s alatt ért el 35 m/s sebességet. Az a = v/t -ből számítva gyorsulása: a = 0,54 m/s2.
El lehet gondolkozni azon is, hogy ilyenkor mekkora vonóerőt fejt ki a mozdony, egy átlagos, 300 tonna tömegű szerelvény esetén. (F = m*a -ból ez esetben kb. 160 000 N).

 

Vonat gyorsulásának dinamikai úton való megmérése

Ha vonaton levő asztalon erőmérőhöz rögzített, ismert tömegű kiskocsit helyezünk el, a vonat gyorsulásakor az erőmérő megnyúlik. A gyorsulást az erőmérőn leolvasott erő és a kiskocsi tömegének hányadosából számíthatjuk: a = F/m  (Lásd az alábbi ábrát).

vonat.png