|
Задача для 10 класса по физике на тему Второй закон Ньютона.
|
|
|
YuiSe | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 13:22 | Сообщение # 16 |
YuiSe
Ранг: Школьник (?)
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
80 |
| Награды: |
2 |
| Статус: |
Offline |
|
все рассматриваемые силы приложены к точке колеса, которая касается земли, и которая вообще-то всегда находится в покое.
26.12.2011
Сообщение отредактировал YuiSe - Понедельник, 26.12.2011, 14:43
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 16:18 | Сообщение # 17 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (chernysh8) Сила тяги не может превысит силу трения.
15000*0,06*9,8=8820 Н.
Вот-вот!
И вместе с почти совершенно правильным утверждением YuiSe из, как выясняется, дружественного Гондураса, позволяет нам вместе пойти дальше.
Эмпирический закон Амонтона-Кулона говорит, что сила трения СКОЛЬЖЕНИЯ между двумя соприкасающимися поверхностями не может превысить значение, равное произведению коэффициента трения СКОЛЬЖЕНИЯ и силы нормальной реакции на поверхность. Общая сила нормальной реакции всего автобуса, естественно, распределяется между всеми его колесами, но всегда равна mg. Поэтому сила трения скольжения и является той самой единственной ВНЕШНЕЙ силой, которую и называем СИЛА ТЯГИ.
В таком случае максимальная сила тяги НЕ МОЖЕТ быть больше (не будем мелочиться) 15000 кг * 0,06 * 10 м/с*с = 9000 Н.
Что делать с решением?
Далее.
Не смущает ли очень МАЛЕНЬКОЕ ЗНАЧЕНИЕ коэффициента трения? Такие значения характерны лишь для трения КАЧЕНИЯ. В ВИКИПЕДИИ можно легко найти:
Коэффициент сцепления (трения скольжения) на сухом асфальте доходит у автомобильных колёс до 0,8, а при наличии плёнки воды снижается до 0,2—0,1.
Но никак даже в худшем случае не ниже 0,1!
Хорошо.
Пусть присутствует трение качения. Но тогда для такого случая НЕ РАБОТАЕТ закон Амонтона-Кулона. Коэффициент трения качения имеет размерность длины, в то время, как коэффициент трения скольжения безразмерный. Тогда нужно было в условии просто написать битым словом:
для определения силы трения в этой задаче НУЖНО забыть о том, что силы трения качения и скольжения определяются по-разному, и применить и к качению знакомую формулу для скольжения.
Но ситуация усугубляется тем, что сила трения КАЧЕНИЯ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ СИЛОЙ ТЯГИ! Если забыть про силу трения скольжения мы придем к парадоксальной ситуации:
автобус разгоняется действием принципиально тормозящей силы.
Как привести все в порядок?
ma = F(трения скольжения) - F(трения качения)
F(тяги) = F(трения скольжения) <= коэффициент трения скольжения * mg
F(трения качения) = находим просто по команде сверху = коэффициент трения качения * mg
Сохранить решение и дописать принципиальный вывод:
решение справедливо лишь при выполнении следующих условий:
1. для трения качения можно применять указанную формулу;
2. коэффициент трения скольжения (которого нет в условии) >= a/g + коэффициент трения качения.
3. для автобуса реально достижение мощности 408 л.с.!
Хочу обратить внимание на то, что ограничение на коэффициент трения скольжения получается >= 0,1!
На практике всегда имеет место!
Но это не снимает всех замечаний, какие были сделаны всеми по ходу обсуждеия.
Такие задачи давать нельзя!
Другого решения мы от учеников не получим.
Но решение внутренне противоречивое, а будет признано правильным.
А можно ли ожидать такого анализа даже от лучших из них?
26.12.2011
Сообщение отредактировал Александр_Игрицкий - Понедельник, 26.12.2011, 16:23
|
|
|
|
| |
|
|
pavel7 | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:01 | Сообщение # 18 |
pavel7
Ранг: Школьник (?)
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
72 |
| Награды: |
1 |
| Статус: |
Offline |
|
Александр, простите, я не понял - о каком виде трения говорится в задаче?
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:11 | Сообщение # 20 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (pavel7) «А что с ним делать – умножать или делить?»
Слаживать!
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:12 | Сообщение # 21 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (pavel7) Александр, простите, я не понял - о каком виде трения говорится в задаче?
Это вопрос не ко мне. Я представил текст условия as is.
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
pavel7 | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:23 | Сообщение # 22 |
pavel7
Ранг: Школьник (?)
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
72 |
| Награды: |
1 |
| Статус: |
Offline |
|
в этой задаче предлагается учитывать трение – не сказано какое. Но о силе сопротивления воздуха не говорится ничего. А на скорости 100 км\час ветер шляпу сдует!
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Миклухо | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:44 | Сообщение # 23 |
Миклухо
Ранг: Профессор (?)
Группа: Я - учитель
|
| Сообщений: |
3504 |
| Награды: |
101 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (Александр_Игрицкий) Я думаю, Вы согласитесь с тем, что силы, приложенные к осям колес, являются внутренними силами и никак изменить состояние движения не могут.
Колесо, как рычаг толкает ось, отталкиваясь от Земли. Отталкиваться позволяет сила трения ПОКОЯ.
Под коэффициентом трения в этой задаче понимается отношение суммы всех сил, препятствующих движению, к силе реакции опоры.Добавлено (26.12.2011, 17:42)
---------------------------------------------
Quote (YuiSe) которая вообще-то всегда находится в покое.
Правильно не только в Гондурасе.Добавлено (26.12.2011, 17:43)
---------------------------------------------
Quote (chernysh8) Сила тяги не может превысит силу трения.
15000*0,06*9,8=8820 Н.
Здесь проскальзывания нет.Добавлено (26.12.2011, 17:44)
---------------------------------------------
Quote (Александр_Игрицкий) Поэтому сила трения скольжения и является той самой единственной ВНЕШНЕЙ силой, которую и называем СИЛА ТЯГИ.
Ещё раз. Здесь нет скольжения.
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:45 | Сообщение # 24 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
pavel7!
Большое Вам спасибо за участие в обсуждении этой задачи.
Я очень внимательно прочел Ваши рассуждения и у меня есть к Вам ряд вопросов.
Если Вам не трудно, объясните мне следующие моменты:
1. Quote (pavel7) Я предположил, что в условии задачи надо было говорить не о трении, а о коэффициенте сцепления.
В чем Вы видите принципиальное отличие этих двух понятий?
2. Quote (pavel7) Я взял среднее значение Кс=0.75
Каков смысл этого коэффициента? С чем "его едят"? Как его значение реально использовать при вычислениях и на основании каких физических законов?
3. Quote (pavel7) Поэтому условия такие:
Хорошо. Теперь мы рассматриваем ДРУГУЮ, Вами предложенную задачу.
Согласен.
4. Объясните мне основной момент: в чем же принципиальное отличие теоретической силы и силы реальной?
Скажите мне, как коэффициент сцепления оказался в знаменателе? Что он там делает? А если автобус будет ехать не по шоссе, а по скользкой дороге с коэффициентом 0,1, тогда реальная сила будет в 10 раз больше теоретической?
Можно эти моменты подробнее. Куда приложены эти силы, где у них источник и т.д. Сила - штука обстоятельная, любит порядок.
...
Что мне кажется? Возможно, ошибочно.
Если верить второму закону Ньютона, то приходится признать, что автобус 15000 кг может получить ускорение 0,4 м/с*с лишь в том случае, когда на него действовали какие угодно силы, но их результирующая в направлени движения равна 6000 Н. И эта результирующая также реальна, как и то, что Вы сейчас читаете эти слова.
Это не чисто теоретическая сила, а РЕАЛЬНАЯ РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ некоторых сил, действующих на автобус.
Вы с этим согласны?
Далее.
Мы хотим разобраться в деталях и понять природу и величину всех сил, действующих на автобус.
Вы пишете, что реальная сила равна 8000 Н. Где источник силы этой реальной силы, где точки приложения, кто "откусил" от нее 2000 Н, чтобы реальные силы дали равнодействующую 6000 Н.
Или я что-то недопонимаю??
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:47 | Сообщение # 25 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (pavel7) А на скорости 100 км\час ветер шляпу сдует!
Не носите их!
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Миклухо | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:48 | Сообщение # 26 |
Миклухо
Ранг: Профессор (?)
Группа: Я - учитель
|
| Сообщений: |
3504 |
| Награды: |
101 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (Александр_Игрицкий) на сухом асфальте доходит у автомобильных колёс до 0,8,
Вот-вот.
Quote (pavel7) о каком виде трения говорится в задаче?
Учитывается суммарное действие всех факторов, препятствующих движению.
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Александр_Игрицкий | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 17:59 | Сообщение # 27 |
| Сообщений: |
11095 |
| Награды: |
129 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (Миклухо) Отталкиваться позволяет сила трения ПОКОЯ.
Нет. Это ошибочное утверждение.
Quote (Миклухо) Под коэффициентом трения в этой задаче понимается отношение суммы всех сил, препятствующих движению, к силе реакции опоры.
Согласитесь, что такие вещи нужно оговаривать! Нельзя так бесцеремонно обращаться с коэффициентом трения!
Quote (Миклухо) Ещё раз. Здесь нет скольжения.
Совершенно непринципиально!
Сила сухого трения, о которой мы сейчас говорим и для которой справедлив закон Амонтона-Кулона, возникает между любыми поверхностями, независимо от движения. Разумеется, есть нюансы и есть зависимость от относительной скорости! Есть и явление застоя, важные для смычка скрипки, и прочие фокусы. Но сейчас это абсолютно не играет роли.
Простей ший и самый наглядный пример - тело на наклонной плоскости. Оно не будет скользить до определенного угла наклона. До такого угла, при котором сила трения покоя еще может компенсировать составляющую силы тяжести. Как только возможности силы трения иссякнут, а она не может быть больше коэффициента трения * N, начнется скольжение.
С шинами абсолютно также!
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
pavel7 | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 18:15 | Сообщение # 28 |
pavel7
Ранг: Школьник (?)
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
72 |
| Награды: |
1 |
| Статус: |
Offline |
|
Извините, давно не решал задач по физике. Ошибся, чтобы применять коэф. сцепления, надо учитывать и массу (давление на грунт). Мне надо где-то достать хорошую книжку… Книги все хорошие, но вот в толстом учебнике Касаткиной – о трении ничего нет! 
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
Миклухо | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 18:21 | Сообщение # 29 |
Миклухо
Ранг: Профессор (?)
Группа: Я - учитель
|
| Сообщений: |
3504 |
| Награды: |
101 |
| Статус: |
Offline |
|
Quote (Александр_Игрицкий) Нет. Это ошибочное утверждение.
Надо договориться о терминах.
Quote (Александр_Игрицкий) Согласитесь, что такие вещи нужно оговаривать! Нельзя так бесцеремонно обращаться с коэффициентом трения!
Раньше в задачниках, в сносках внизу страницы, это оговаривалось отдельно.
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
|
pavel7 | Дата: Понедельник, 26.12.2011, 18:34 | Сообщение # 30 |
pavel7
Ранг: Школьник (?)
Группа: Пользователи
|
| Сообщений: |
72 |
| Награды: |
1 |
| Статус: |
Offline |
|
Мне кажется, что абстрактными задачами детей ничему не учишь. Если студента учат в институте писать музыку – то совсем не абстрактную.
В этой задаче надо было сказать так:
Есть активная сила: сила давления в цилиндре, для простоты примем её постоянной.
Есть силы, которые мешают совершать полезную работу:
- сила давления среды (воздуха)
- силы трения в осях, шестеренках
- и потеря энергии на нагрев двигателя
- т.п.
(некоторые из них мы не будем учитывать – они малы)
А есть силы полезные: сила трения между шиной и землёй
А если мы будем говорить «при решении задачи надо учитывать какие-то абстрактные суммарные силы сопротивления», то это детей будет только портить…
Во всяком случае – такой подход детей ничему не научит…
26.12.2011
|
|
|
|
| |
|
