Как найти силу торможения
Сила торможения – это сила трения скольжения. Если сила, приложенная к телу, превышает по значению максимальную силу трения, то тело начинает двигаться. Сила трения скольжения всегда действует в направлении, противоположном скорости.
Для того чтобы вычислить силу трения скольжения (Fтр), нужно знать время торможения и длину тормозного пути.
Если вам известно время торможения, но не известен его тормозной путь, то вы можете выполнить расчет по формуле:s = υ0⋅t/2, где s – длина тормозного пути, t – время торможения, υ0 – скорость тела в момент начала торможения.Для расчета скорости тела в момент начала торможения вам потребуется знать величину тормозного пути и время торможения. Рассчитайте ее по формуле:υ0 = 2s/t, где υ0 – скорость тела в момент начала торможения, s – длина тормозного пути, t – время торможения.
Обратите внимание, что длина тормозного пути пропорциональна квадрату начальной скорости перед началом торможения и обратно пропорциональна величине силы трения скольжения (силы торможения). Именно поэтому, например, на сухой дороге (при расчетах для автомобилей) тормозной путь короче, чем на скользкой.
После того как вам стали известны все значения, подставьте их в сила трения скольжения (сила торможения), m – масса движущегося тела, s – величина тормозного пути, t – время торможения.
Зная силу торможения, но не зная его время, вы можете произвести необходимые расчеты по формуле:t = m⋅υ0/ Fтр, где t – время торможения, m – масса движущегося тела, υ0 – скорость тела в момент начала торможения, Fтр – сила торможения.
Рассчитайте силу трения скольжения по другой формуле:Fтр = μ⋅ Fнорм, где Fтр – сила трения скольжения (сила торможения), μ – коэффициент трения, Fнорм – сила нормального давления, прижимающего тело к опоре (или mg).
Определите коэффициент трения экспериментально. В школьных учебниках по физике его обычно уже указывают в условиях задачи, если не требуется рассчитать его для какого-то конкретного тела во время лабораторной работы. Для этого поместите тело на наклонную плоскость. Определите угол наклона, при котором тело начинает движение, после чего узнайте по таблицам или рассчитайте самостоятельно тангенс полученной величины угла α (отношение противолежащего катета к прилежащему). Это и будет значение коэффициента трения (μ = tg α).
Enter the initial velocity, final velocity, time, and mass into the calculator to determine the deceleration force.
- All Force Calculators
- Deceleration Calculator (w/ formula)
- Applied Force Calculator
- Resultant Force Calculator
Deceleration Force Formula
The following equation is used to calculate the Deceleration Force.
- Where DF is the deceleration force (N)
- Vi is the initial velocity (m/s)
- Vf is the final velocity (m/s0
- t is the change in time (s)
- m is the mass of the object
To calculate the deceleration force, subtract the final velocity from the initial velocity, divide by time, then multiply by the mass.
What is a Deceleration Force?
Definition:
A deceleration force is a force that opposes an object’s current direction of motion. A deceleration force acts to slow down the object, and it is the opposite of an acceleration force.
The acceleration of an object changes its velocity by altering both its speed and direction. Deceleration happens when the velocity is reduced in size or changed to a point in the opposite direction, but not when it stays constant.
How to Calculate Deceleration Force?
Example Problem:
The following example outlines the steps and information needed to calculate Deceleration Force.
First, determine the initial velocity. In this example problem, the initial velocity is measured to be 50 m/s.
Next, determine the final velocity. The final velocity of this object is 20m/s.
Next, determine the change in time. The change in time for this problem is 3 seconds.
Next, determine the mass of the object. The object’s mass is measured to be 5 kg.
Finally, calculate the deceleration force using the formula above:
DF = (Vi-Vf) / t * m
DF = (50-20) / 3 * 5
DF = 50 N
Известно, что грузовой автомобиль массой пять тысяч килограмм движется по горизонтальному пути со скоростью семьдесят два километра в час (20 метров в секунду).
Необходимо: определить силу и время торможения автомобиля, если тормозной путь составил пять метров.
Дано: m=5000 кг; v=20 м/сек; s=5 м
Найти: F-?; t-?
Решение
Исходя из того, что работа силы торможения численно равна изменению кинетической энергии движущегося автомобиля 
, получаем формулу для определения силы торможения
Подставив в формулу численные значения, рассчитаем силу торможения грузового автомобиля
н
Из формулы 
, при условии, что vt=0: 
, где 
, получаем формулу времени торможения
Время торможения автомобиля
сек
Ответ: сила торможения автомобиля составила двести тысяч ньютон, время торможения равно половине секунды.
20. Образование силы торможения.
При механическом торможении подается сжатый воздух в тормозные цилиндры. Поршень в цилиндре перемещается, через шток, тяги и рычаги прижимая тормозную колодку к колесу с усилением К. В месте контакта колеса с тормозной колодкой возникает сила трения K x φк, направленная навстречу вращению колеса. φк — это коэффициент трения колодки о колесо. Перенесем силу силу трения
K x φк в точку А касания колеса с рельсом. Колесо прижато к рельсу силой Р0. Обе эти силы внутренние по отношению к поезду и не могут повлиять на характер движения.
Если колесо прижато к рельсу с силой Р0, то в результате сцепления колеса с рельсом сила 
стремится сдвинуть рельс по направлению движения. Но рельс закреплен и вызывается реакция рельса по III закону Ньютона Вт, равная K x φк и противоположно направленная. Эта сила по отношению к поезду является внешней и называется тормозной силой. Она действует против движения и создает колесу упор.
Тормозная сила одного колеса: Bт = K x φк
Сила «К » зависит от интенсивности торможения, от диаметра тормозного цилиндра, от давления воздуха в нем, от передаточного отношения рычажной передачи, от силы оттормаживающей пружины в тормозном цилиндре.
Коэффициент трения φкзависит от материала колодок, скорости движения и удельных сил нажатия колодок на колеса.
Применяются тормозные колодки: чугунные, чугунные с повышенным содержанием фосфора (до 1,0÷1,4%), и композиционные.
С увеличением скорости движения и удельного нажатия колодок коэффициент трения снижается, т.к. за счет тепла металл размягчается, в тонком слое может оплавиться. Для повышения коэффициента трения применяют двухстороннее нажатие колодок.
Рекомендуемые материалы
Коэффициент трения рассчитывают по эмпирическим формулам, например для чугунных накладок :
где К – действительная сила нажатия на одну колодку; V – скорость движения.
Тормозная сила поезда определяется по формуле Bт = 1000 Σ K x φк , где Вт – тормозная сила в Н; К – сила нажатия на тормозную колодку в кН; 1000 – переводной коэффициент «кН » в «Н ».
По этой формуле можно бы рассчитать тормозную силу, если бы вагоны были однотипными с одинаковыми силами нажатия колодок. А если вагоны разнотипные, то для каждой группы вагонов необходимо определять силу нажатия, рассчитывать коэффициент трения и суммировать.
Поэтому пользуются упрощенными методами. Применяются для расчета средние силы нажатия колодок четырехосного вагона при груженом и порожнем режимах для чугунных колодок К = 26,5 кН, для композиционных К = 15,7 кН. Подставив эти значения в эмпирические формулы коэффициента трения φк получаем так называемый расчетный коэффициент трения, который зависит только от скорости:
для чугунных колодок 
,
для композиционных колодок 
.
Расчетные коэффициенты трения приводятся в таблице. Сравним эти величины: при V = 0→0,27 и 0,36; при V = 160→0,077 и 0,237. При сравнении заметно, что у чугунных колодок с увеличением скорости движения коэффициент трения резко снижается, да и чугунные колодки имеют больший износ. У композиционных колодок коэффициент трения выше. С увеличением скорости он в меньшей степени снижается. У чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора коэффициент трения имеет промежуточное значение, но ближе к значениям чугунных колодок.
По величине тормозную силу желательно иметь большую. Но она не должна превышать силу сцепления колес с рельсами. В противном случае колесо прекращает вращение, начинается скольжение колеса по рельсу, образуется местный износ – ползун, который при дальнейшем движении по рельсам создает удары. K x φк ≤ P0 x ψ . Отношение силы нажатия колодок на колесную пару К к нагрузке от колесной пары на рельсы Р0 называют коэффициентом нажатия колодок 
. В расчетах принимают значения коэффициента нажатия колодок при чугунных колодках для локомотивов δ = 0,3÷0,5; для грузовых вагонов δ = 0,6÷0,7; для пассажирских вагонов δ = 0,7÷0,9; при композиционных колодках δ = 0,3. По заданному значению δ определяют наибольшие силы нажатия колодок для каждой нагрузки Р0.
Из этих формул видно, что при меньших значениях φк можно допускать наибольшие силы нажатия. Поэтому при использовании композиционных колодок, у которых φк выше, уменьшают силы нажатия изменением передаточного отношения в тормозной рычажной передаче или уменьшением давления в тормозных цилиндрах.
У грузовых вагонов от загрузки вагона значительно меняется Р0. Чтобы получить меньшее значение коэффициента нажатия колодок δ используются три режима работы воздухораспределителя. При загрузке меньше 3 т на колесную пару включается порожний режим с наименьшим нажатием и δ = 0,7, при загрузке от 3 т да 6 т включается средний режим, а при загрузке более 6 т включается воздухораспределитель на груженый режим и при К = 69 кН коэффициент нажатия колодок δ = 0,7. С композиционными колодками при загрузке до 6 т устанавливают порожний режим, более 6 т – средний режим.
Как отмечено выше, у чугунных колодок при высоких скоростях движения коэффициент трения имеет малые значения, и при неизменных К и δ тормозные силы получаются низкими. Для повышения тормозной силы при высоких скоростях у пассажирских вагонов с чугунными колодками увеличивают К и δ, а чтобы не получилось юза при низких скоростях движения устанавливают автоматические регуляторы , которые при скоростях 50÷60 км/ч снижают К и δ. Если же вагоны оборудованы композиционными колодками, то нет надобности вводить второй режим нажатия колодок.
Для сохранения величины тормозной силы необходимо действительную силу нажатия заменить на расчетную силу нажатия из равенства тормозных сил: K x φк = Pp x ψ, отсюда 
, и пользуясь эмпирическими формулами для φк и φкp получаем формулы для расчета расчетных сил нажатия:
для чугунных колодок 
;
для композиционных колодок 
.
Расчетные силы нажатия чугунных колодок для локомотивов и вагонов приводятся в таблицах. В ПТР указаны соотношения в зависимости от скорости движения расчетные нажатия композиционных колодок по отношению к чугунным.
С учетом расчетных величин Кр и φкp тормозная сила Bт = 1000 Σ Kp x φк , а так как φкp не зависит от величины Кр, то φкp выносям за знак суммы и Bт = 1000 Σ Kp x φкp.
Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 11 Расчёт эффективности системы пылегазоочистки.
Практически тормозную силу подсчитывают так: в зависимости от единицы подвижного состава по таблице определяют Кр, умножают на число осей однотипных единиц подвижного состава, по формулам или по таблице определяют φкp и определяют Вт.
Удельную тормозную силу (в Н/кН) находят поделив тормозную силу Вт на вес поезда m x g : 
.
Отношение суммарных сил расчетного нажатия колодок на колеса к весу поезда называется расчетным тормозным коэффициентом поезда. 
, тогда 
.
Расчетный тормозной коэффициент характеризует степень обеспечения поезда тормозными средствами. Чем больше Jp, тем больший тормозной коэффициент. Наименьшие значения Jp устанавливает МПС. Так например для грузовых и рефрижераторных составов при скорости до 90 км/ч Jp = 0,33; для составов с порожними вагонами при скорости до100 км/ч Jp = 0,58; для рефрижераторного поезда до 100 км/ч Jp = 0,55, а до 120 км/ч Jp = 0,6; для пассажирских составов до 120 км/ч Jp = 0,6; до 140 км/ч Jp = 0,78; до 160 км/ч Jp = 0,8.
При работе грузового состава на участках со спусками до 20‰ тормозную силу локомотива и его массу не учитывают, тогда расчетный тормозной коэффициент 
.
Полное значение расчетного тормозного коэффициента и соответствующая ему тормозная сила реализуется только при экстренном торможении. Для остановки на станциях и раздельных пунктах или для снижения скорости перед заранее известным местом остановки пользуются служебным торможением с расчетным тормозным коэффициентом 0,5 x Jp, для пассажирских поездов 0,6 x Jp, при этом и удельная тормозная сила 0,5 вт или 0,6 вт. При полном служебном торможении 0,8 x Jp.
Совет 1: Как обнаружить силу торможения
Сила торможения – это сила трения скольжения. Если сила, приложенная к телу, превышает по значению максимальную силу трения, то тело начинает двигаться. Сила трения скольжения неизменно действует в направлении, противоположном скорости.
Инструкция
1. Для того дабы вычислить силу трения скольжения (Fтр), надобно знать время торможения и длину тормозного пути.
2. Если вам знаменито время торможения , но не вестим его тормозной путь, то вы можете исполнить расчет по формуле:s = ?0?t/2, где s – длина тормозного пути, t – время торможения , ?0 – скорость тела в момент начала торможения .Для расчета скорости тела в момент начала торможения вам понадобится знать величину тормозного пути и время торможения . Рассчитайте ее по формуле:?0 = 2s/t, где ?0 – скорость тела в момент начала торможения , s – длина тормозного пути, t – время торможения .
3. Обратите внимание, что длина тормозного пути пропорциональна квадрату исходной скорости перед началом торможения и обратно пропорциональна величине силы трения скольжения (силы торможения ). Именно следственно, скажем, на сухой дороге (при расчетах для автомобилей) тормозной путь короче, чем на склизкой.
4. Позже того как вам стали вестимы все значения, подставьте их в формулу: Fтр = 2m?s/t2, где Fтр – сила трения скольжения (сила торможения ), m – масса движущегося тела, s – величина тормозного пути, t – время торможения .
5. Зная силу торможения , но не зная его время, вы можете произвести нужные расчеты по формуле:t = m??0/ Fтр, где t – время торможения , m – масса движущегося тела, ?0 – скорость тела в момент начала торможения , Fтр – сила торможения .
6. Рассчитайте силу трения скольжения по иной формуле:Fтр = ?? Fнорм, где Fтр – сила трения скольжения (сила торможения ), ? – показатель трения, Fнорм – сила типичного давления, прижимающего тело к опоре (либо mg).
7. Определите показатель трения экспериментально. В школьных учебниках по физике его обыкновенно теснее указывают в условиях задачи, если не требуется рассчитать его для какого-то определенного тела во время лабораторной работы. Для этого разместите тело на наклонную плоскость. Определите угол наклона, при котором тело начинает движение, позже чего узнайте по таблицам либо рассчитайте самосильно тангенс полученной величины угла ? (отношение противолежащего катета к прилежащему). Это и будет значение показателя трения (? = tg ?).
Совет 2: Как обнаружить время торможения
Время торможения неразрывно связано с таким представлением, как «тормозной путь», то есть расстоянием, преодолеваемым транспортным средством от момента срабатывания тормозной системы до полной его остановки.
Инструкция
1. Непринужденно временем торможения считается время с момента выявления водителем препятствия и нажатия на тормозную педаль до полной остановки транспортного средства. Оно включает в себя время реакции водителя, время начала действия тормозной системы и время непосредственного торможения . Для его вычисления используйте формулу: t = V02 : a где V0– исходная скорость в м/сек и а – убыстрение.
2. Время и протяженность тормозного пути зависит от многих факторов, наиглавнейшими из которых являются скорость, состояние шин, проезжей части, массы транспортного средства и погодных условий. Не меньшее могущество на процесс торможения оказывает производительность тормозной системы.
3. Максимальная тормозная сила зависит от нагрузки на колеса и от их сцепления с драгоценный. Большей нагрузке соответствует огромная тормозная сила. Знаком всецело блокированного колеса является так называемый юз, когда в итоге резкого торможения о поверхность сухой дороги трется какой-то один участок шины. В итоге этого образуются резиновые катыши, ускоряющие движение колеса, как подшипники. При таком торможении раздается классический писк, появляются сложности с управлением, и автомобиль начинает уходить в сторону.
4. Сцепление напрямую зависит также от состояния дороги и изношенности колеса. Так, по сопоставлению с сухим асфальтом сцепление на мокром снижается в 2 раза, а во время гололеда – в 10 раз. Существенное уменьшение тормозной силы приводит к увеличению тормозного пути и, соответственно, времени до остановки. Как водится, единовременно с началом юза начинается занос задних колес. Поправить данную обстановку дозволено с подмогой рулевого колеса. Для выравнивания автомобиля отпустите педаль тормоза и выведите машину на чистый участок трассы либо в крайнем случае, в сторону от нее. Единственно, что следует усвоить – все это придется проделывать за секунды и даже доли секунд.
Видео по теме
Обратите внимание!
Грамотное торможение представляет собой наивысшее применение сцепления колес с драгоценный, знание в процессе ехать прямо, тормозить с подмогой мотора и переключения передач, а также знание остановиться, невзирая на отказ системы.
Совет 3: Как обнаружить силу трения
Трение – процесс взаимодействия 2-х тел, дерзкий замедление движения при смещении друг касательно друга. Обнаружить силу трения – значит определить величину воздействия, направленную в сторону, противоположную движению, по причине которой тело теряет энергию и, в конце концов, останавливается.
Инструкция
1. Сила трения – векторная величина, которая зависит от многих факторов: давление тел друг на друга, материалы, из которых они были изготовлены, скорость движения. Площадь поверхности при этом значения не имеет, от того что чем она огромнее, тем огромнее взаимное давление (сила реакции опоры N), которая теснее участвует в нахождении силы трения .
2. Эти величины пропорциональны друг другу и связаны показателем трения ?, тот, что дозволено считать непрерывной величиной, если огромная точность расчетов не требуется. Выходит, дабы обнаружить силу трения , надобно вычислить произведение:Fтр = ?•N.
3. Приведенная физическая формула относится к трению, вызванному скольжением. Оно может быть сухим и влажным, если между телами присутствует жидкая прослойка. Силу трения неизменно следует принимать во внимание при определении общности сил, действующих на тело, при решении задач.
4. Трение качения появляется при вращении одного тела по поверхности иного. Оно присутствует на границе соприкосновения тел, которая непрерывно меняется. Тем не менее, сила трения непрерывно противодействует движению. Исходя из этого, она равна соотношению произведения показателя трения качения и прижимающей силы к радиуса вращающегося тела:Fтркач = f•N/r.
5. Следует различать показателя трения скольжения и качения. В первом случае это величина, не имеющая размерности, во втором она представляет собой расстояние между прямыми линиями, характеризующими направление прижимающей силы и силы реакции опоры. Следственно, она измеряется в мм.
6. Показатель трения качения – это, как водится, вестимая величина для распространенных материалов. Скажем, для железа по железу он равен 0,51 мм, для железа по дереву – 5,6, дерева по дереву – 0,8-1,5 и т.д. Обнаружить его дозволено по формуле соотношения момента трения к прижимающей силе.
7. Сила трения покоя возникает при минимальных перемещениях тел либо деформации. Эта сила неизменно присутствует при сухом скольжении. Наивысшее ее значение равно ?•N. Существует также внутреннее трение, внутри одного тела между его слоями либо частями.
Обратите внимание!
Равномерное движение тела характеризуется равновесием между внешней силой и силой трения.