Как найти силу тяги по графику - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Что такое сила тяги

Сила тяги — сила, прикладываемая к телу для поддержания его в постоянном движении.

Действие силы тяги

Множество сил, действующих на движущийся объект, для упрощения вычислений делят на две группы: силу тяги и силы сопротивления.

Её прекращение

Когда действие силы тяги прекращается, движущееся тело замедляется и постепенно останавливается, так как на него воздействуют силы, мешающие продолжать двигаться, например, трение.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

1 закон Ньютона о действии

Согласно этому закону в формулировке самого Ньютона, любое тело остается в покое или равномерно движется по прямой, пока на него не воздействуют силы, заставляющие его изменить это состояние.

В современной физике в формулировку внесены уточнения:

закон применим только в системах отсчета, называемых инерциальными;
тело может вращаться на месте, не находясь под воздействием внешних сил, поэтому вместо термина «тело» следует использовать термин «материальная точка».

Чтобы переместить неподвижный предмет, на него должна воздействовать некая сила. Чтобы изменить скорость движения предмета, также необходимо воздействие силы, замедляющей его или ускоряющей. Так как предметы обладают разной массой и соответственно разной инертностью, силы, достаточные для эффективного воздействия, тоже будут различаться.

Состояние ускорения после воздействия силы тяги

Когда движение равномерное, сила тяги и сила трения совершают одинаковую работу, уравновешивая друг друга. Воздействие силы на тело в направлении движения придает ему ускорение. Если направить ту же силу в противоположном направлении, она замедлит движение тела, что можно назвать отрицательным ускорением.

Формулы для определения силы тяги

Согласно второму закону Ньютона, сумма сил, воздействующих на движущееся тело, равна массе (m), умноженной на ускорение (a). Универсальной формулы, подходящей для любого сочетания сил, не существует. Чаще всего силу тяги находят с помощью общей формулы( F_т-;F_{с}=m;times;a), где (F_т) — сила тяги, (F_{с}) — силы сопротивления.
При решении конкретной задачи силы, воздействующие на тело, схематически изображают в виде векторов. На схеме:

сила тяжести mg;
сила реакции опоры (N);
сила трения( F_{тр});
сила тяги (F).

Сила тяги

При нахождении тела на горизонтальной поверхности сила тяжести и сила реакции опоры уравновесят друг друга. Но если транспортное средство движется в гору или под гору, придется учесть влияние уклона. Тогда формула может выглядеть так: (F_т-;F_с-;mg;times;sinalpha=m;times;a.)

Работа A, которую должна совершить сила тяги, сдвигая тело, связана с ней соотношением (A;=;F;times;s). (s) здесь — расстояние, на которое тело переместилось.

Какое условие должно соблюдаться

Сила тяги всегда должна быть больше противодействующих ей сил.

Формула через мощность

Полезную механическую мощность (N) можно вычислить по формуле (N=F_т;times;v), где (v) — скорость. Для определения силы тяги нужно разделить мощность на скорость: (F_т;=;frac N v.)

Измерение и обозначение силы тяги

Силу тяги обозначают (F_т) или (F). Единица измерения — ньютон ((Н)).
Для решения задач недостаточно измерить усилие, приложенное к объекту, и выразить его конкретным числом, так как сила обладает еще и направлением. Чтобы подчеркнуть, что сила — векторная величина, к буквенному обозначению добавляют стрелку.

Как определить силу тяги двигателя. Примеры решения задач

Задача 1

Автомобиль может разгоняться до 216 км/ч. Максимальная мощность двигателя равна 96 кВт. Определите максимальную силу тяги двигателя.

Решение

Переведем киловатты в ватты, а километры в час — в метры в секунду:

(96;times;1000=96000;Вт)

(frac{216times1000}{3600}=60frac мс)

(F_т;=;frac N v = frac{96000}{60} = 1600 Н)

Задача 2

Троллейбус весом 12 тонн за 5 секунд проезжает по горизонтальной дороге 10 метров. Сила трения равна 2,4 кН. Определите силу тяги, которую развивает двигатель.

Решение

Переведем тонны в килограммы, а килоньютоны в ньютоны:

(12;times;1000=12000;кг)

(2,4;times;1000=2400;Н)

(F_т-;F_{тр}=m;times;a), следовательно, (F_т=mtimes a;+;F_{тр})

Чтобы определить ускорение а, воспользуемся формулой (s;=;frac{at^2}2)

Подставив численные значения величин, получаем:

(a;=;frac{2s}{t^2}^{}=frac{20}{25};=;0,8)

(F_т=;12000times0,8;+;2400;=;12000;Н;=;12;кН)

Задача 3

Транспорт, весящий 4 тонны, едет в гору. Уклон — 1 метр на каждые 25 метров пути. (mu) — 0,1 от силы тяжести, (а = 0). Определите силу тяги.

Решение

Начертим схему:

Сила тяги векторы уклон

(mtimes g;+;N;+;F_{тр;}+;F_т;=;mtimes a)

Сделаем проекции на координатные оси:

(OX: -;mg;times;sinalpha;-;F_{тр;}+;F_т;=;0)

(OY: N;-;mg;times;cosalpha;=;0 => N;=;mg;times;cosalpha;)

(F_{тр};=;mu N;=;mu mg;times;cosalpha)

Подставим значение (F_{тр}) в уравнение (OX) и определим (F_т):

(-mg;times;sinalpha;-;mu)

(mg;times;cosalpha;+;F_т;=;0)

(=> F;=;mg;left(sinalpha;+;mu;times;cosalpharight))

Найдем синус и косинус (alpha), подставим их в общую формулу:

(sinalpha;=;frac hl;=;frac1{25})

(cosalpha;=;frac{sqrt{l^{2;}-;h^2}}l;)

(F;=;frac{4;times;10^{3;};times;9,8;timesleft(1;+;0,1;sqrt{l^{2;}-;h^2}right)}{25};=;5,5;times;10^3;Н;=;5,5;кН)

Источник

Основное понятие силы тяги в физике

Определение 1

Сила тяги — это показатель силы, которую прикладывают к некоторому телу.

Она служит для обеспечения нахождения данного тела в состоянии равновесия.

Когда сила тяги прекращает свое действие — это может привести к следующим последствиям:

остановка, которая связана с силой трения;
состояние вязкости окружающей среды;
множество других сопутствующих факторов и сил.

Для тела, на которое оказывает свое воздействие сила тяги, характерно постоянное движение. И обозначается следующим значение, а именно: [(v=operatorname{cons} t)]

Особым, частным случаем данного движения является состояние покоя.

При котором, скорость равна нулевому значению.

Определение 2

Состояние инерции — характер движения, при котором соблюдается постоянная скорость движения тела.

Чтобы тело поменяло свое состояние, и изменило скорость своего движения, необходимо приложить к нему силу тяги. При данных условиях скорость тела будет изменяться, причиной этого является получаемое ускорение. Также ускорение может быть отрицательным, в таком случае будет наблюдаться замедление скорости.

Показатель величины ускорения по закону физики обратно пропорционален массе тела.

Из состояния инерции труднее всего вывести тело более массивное и тяжелое.

Также величина ускорения прямо пропорциональна значению интенсивности силы, которая оказывает воздействие на тело.

Данное утверждение можно преобразовать и вывести в виде формулы:

Формула

[mathrm{F}=mathrm{m} cdot mathrm{a}]

Где: F — сила тяги, m — масса тела, которая оказывает воздействие на тело, a — ускорение.

Данная формула наглядно характеризует второй закон Ньютона.

Основные формулы для расчета силы тяги

Наглядно силу тяги можно рассмотреть на примере спортсмена штангиста.

Именно на данном примере можно подробно понять, как приложенная сила, может вывести тело из состояния равновесия.

Распишем все операции, выполняемые спортсменам поэтапно:

первоначально штанга находится в состоянии инерции, иными словами имеет состояние покоя;
при отрыве от поверхности земли штанги, все мышцы спортсмена имеют способность сокращаться, с силой которая не превышает вес самой штанги (иначе это звучит как: величина силы с которой ее к себе притягивает гравитация Земли);
при отрыве от пола, штанги на определенную высоту, происходит процесс ускорения;

Силой тяги для снаряда, который осуществляет движение будет являться величина силы с которой сокращаются мышцы спортсмена.

Для данного случая, обязательно должно соблюдаться следующее условие:

[F_{M}>F_{T} text {. то есть } F_{M}>m times g]

Где:

[F_{m}] — сила, с которой происходит сокращение мышечной массы (сила тяги для данного случая);
[F_{т}] сила тяжести или гравитационная;
m — масса, которая оказывает воздействие на тело;
g — показатель ускорение свободного падения.

Характер движения тела по инерции всегда нужно уметь отличать от движения, которое совершается равномерно. Следовательно, в случае, когда сила тяги имеет способность уравновешиваться сторонними силами (противодействующими).

Например:

Автомобиль совершает движение и его двигатель находится в состоянии работы. Работающий двигатель придает силу на колеса, через трансмиссию, проделывая следующие операции:

преодолевает силу трения, которая возникает внутри всего механизма;
сопротивление воздуха;
процесс трения колес о любую поверхность.

Для определения силы тяги, необходимо знать следующие данные:

t — время, за которое происходит разгон транспортного средства;
[v] — необходимая скорость;
m — непосредственная масса автомобиля.

Сила определяется по формуле:

[F=m times frac{V}{t}]

Из формулы видно, что ускорение выражено как: деление скорости на время разгона транспортного средства:

[a=frac{V}{t}]

Через мощность можно выразить силу.

Определение 3

Мощность — это совершенная работа, любым источником энергии.

Если высокая мощность, то следует что, время за которое источник развивает силу будет уменьшаться. А именно: способность разогнать тело определенной массы равной m до необходимой величины скорости движения.

Значение совершаемой работы прямо пропорционально силе и вычисляется по формуле:

[A=F times s]

Где: S — расстояние, на которое при помощи силы, перемещается тело;

Расстояние можно определить по формуле, выразив его через скорость тела и время движения:

[s=v cdot t]

Затем определяется мощность, которая должна выполнять в единицу времени и выражается следующей формулой:

[mathrm{N}=frac{d}{t}]

Окончательное уравнение выражает так:

[frac{A}{t}=frac{F cdot V cdot t}{t} Rightarrow N=F cdot V Rightarrow F=frac{N}{V}]

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Пример решения задачи на определение силы тяги

Нужно определить показатель силы тяги транспортного средства. Оно движется с ускорением равным a. Масса автомобиля равна 1,5 тонны и сила трения составляет 10 процентов от всей силы тяжести.

Сила тяги будет определяться как сумма двух основных сил:

Автомобиль, который разгоняется с заданным значением ускорения: [F_{1}=m cdot a]

Где: m — масса автомобиля, a — показатель ускорения.

Преодоление силы трения:

[F_{2}=mu cdot m cdot g]

Где: [mu] — коэффициент, который характеризует силу трения, g — значение ускорения свободного падения.

Все числовые известные значения подставим в формулу, и вычислим нужное нам значение силы. В процессе вычисления все единицы измерения переводятся в единицы системы СИ, а именно: килограммы.

[F=F_{1}+F_{2}=m cdot a+mu cdot m cdot g]

[mathrm{F}=1500 cdot 3+0.1 cdot 9.8 cdot 1500=1500 cdot(3+0.98)=5970]

Ответ: 5970.

Источник

Сила тяги, теория и онлайн калькуляторы

Сила тяги

Понятие сила тяги

Определение

Понятие «сила тяги» часто встречается в задачах по физике, когда речь идеи о механической мощности или движении транспорта.
Вообще говоря, это гипотетическая сила, которая вводится для удобства при решении задач.

Поясним эту мысль. Рассмотрим движение автобуса. Сила тяги (обозначим ее как ${overline{F}}_t$) в этом случае является силой трения покоя, которая действует на нижние точки колес со стороны поверхности шоссе. Для реализации движения автобуса по дороге колеса транспортного средства вращает двигатель так, чтобы сила трения была направлена в сторону перемещения (рис.1). В этом случае силу тяги определим как силу трения, которая возникает между ведущими колесами и поверхностью, по которой колеса катятся. Если сила трения отсутствует (колесо находится на льду), то автобус не двигается с места, так как колеса проскальзывают. Трение, которое появляется между колесами и поверхностью дороги создает поступательное перемещение.

Так как сила тяги зависит от силы трения, то для увеличения величины $F_t $ следует увеличить трение. Трение увеличивается при росте коэффициента трения и (или) с увеличением силы нормального давления, которое зависит от массы тела.

Возникает вопрос о необходимости введения некоей силы тяги вместо того, чтобы использовать привычную силу трения. При выделении из внешних сил, которые действуют на наш автобус силы тяги и силы сопротивления движению уравнения движения имеют универсальный вид, и, используя силу тяги, просто выражается полезная механическая мощность ($N$):

[N={overline{F}}_tcdot overline{v}left(1right),]

где $overline{v}$ — скорость движения тела (у нас автобуса).

Отметим, что у силы тяги нет четко определенной формулы, как, например, у гравитационной силы или силы Архимеда и других сил. Ее часто вычисляют, используя второй закон Ньютона и рассматривая все силы, которые действуют на тело.

Реактивная сила тяги

Уравнения движения тел переменной массы и формулу для вычисления реактивной силы получил первым И.В. Мещерский в 1897 г. Формула реактивной силы является основой для расчета силы тяги ракетных и турборакетных двигателей всех систем.

Пусть ракета перемещается со скоростью $overline{v}$ относительно Земли. Вместе с ней с такой же скоростью движется часть топлива, которая сгорает в ближайшую секунду. При сгорании продукты горения этой части топлива получают дополнительную скорость $overline{u}$ относительно ракеты. Относительно Земли они имеют скорость $overline{v}-overline{u}$. При этом сама ракета увеличивает скорость. После выброса продукты горения не взаимодействуют с ракетой. Поэтому систему ракета плюс продукты горения топлива рассматривают как систему из двух тел, которые взаимодействуют при горении по законам неупругого удара. Пусть реактивный двигатель ракеты каждую секунду выбрасывает массу $mu $ продуктов горения топлива. Используя закон сохранения импульса и второй закон Ньютона получают, что модуль реактивной силы тяги двигателя ($R$) ракеты равен:

[R=mu u left(2right).]

Формула (2) показывает, что реактивная сила, которая действует на тело переменной массы, пропорциональна массе отделяющихся частиц за единицу времени и скорости движения этих частиц относительно тела.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Сила тяги, действующая на тело, находящееся на наклонной плоскости (рис.2) направлена вдоль этой плоскости вверх (рис.2). Какова ее величина, если масса тела равна $m$, угол наклона плоскости $alpha , $ускорение движения тела $a$? Коэффициент трения тела о плоскость равен $mu $. Тело движется с постоянной скоростью в гору.

Решение. Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на тело, учтем, что тело движется равномерно:

[moverline{g}+overline{N}+overline{F}+{overline{F}}_{tr}=0left(1.1right).]

Запишем проекции уравнения (1.1) на оси X и Y:

[left{ begin{array}{c}
X: -mg{sin alpha + }F-F_{tr}=0left(1.2right);; \
Y: N-mg{cos alpha =0left(1.3right). } end{array}
right.]

Сила трения связана с силой нормального давления как:

[F_{tr}=mu N left(1.4right).]

Выразим из (1.3) $N$, используем выражение (1.4), получим из (1.2) силу тяги:

[-mg{sin alpha + }F-mu mg{cos alpha }=0to F=mu mg{cos alpha }+mg{sin alpha . }]

Ответ. $F=mg(mu {cos alpha }+{sin alpha ). }$

Пример 2

Задание. Ракету, массой (в начальный момент времени) равной $M,$ запустили вертикально вверх. Относительная скорость выброса продуктов горения равна $u$, расход горючего составляет $mu $. Каким будет ускорение ракеты через время $t$ после старта, если сопротивление воздуха не учитывать, поле силы тяжести считать однородным.

Решение. Сделаем рисунок.

На ракету (из условий задачи) будут действовать две силы: сила тяжести и реактивная сила тяги. Запишем уравнение движения ракеты:

[moverline{g}+overline{R}=moverline{a}left(2.1right).]

В проекции на ось Y уравнение (2.1) запишем как:

[R-mg=ma left(2.2right).]

Реактивная сила тяги может быть найдена как:

[R=mu u left(2.3right).]

Учитывая равенство (2.3) уравнение преобразуем к виду:

[mu u-mg=mato a=frac{mu u-mg}{m}left(2.4right).]

Масса ракеты в момент времени $t$ равна:

[m=M-mu tleft(2.5right).]

Подставим (2.5) в (2.4) имеем:

[a=frac{mu u-left(M-mu tright)g}{M-mu t}=frac{mu u}{M-mu t}-g.]

Ответ. $a=frac{mu u}{M-mu t}-g.$

Читать дальше: скорость.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 430 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Источник

3.1 Расчёт и построение тяговой характеристики F_k(V).

Сила
тяги электровоза F_k определяется по формуле:

Задаваясь
величиной скорости движения и пользуясь соответствующим графиком V(I_д)
на рис.1 находим ток двигателя I_д,, а по нему из графика F_д(I_д) для полного или ослабленного возбуждений определяем силу тяги F_д ТЭД. Далее, по приведённой формуле рассчитываем силу тяги
электровоза F_k при выбранной скорости движения.

Пример:
для «П-ПВ» при V=100 ^км/_ч
F_д=600кгс

Результаты
расчётов предоставлены в форме таблицы № 7

Таблица №7. «Тяговая характеристика
электровоза для «П-ПВ».

V, ^км/_ч	100	80	70	60	50	44
F_д,кгс	600	850	1200	2200	4500	7250
F_к,кгс	7200	10200	14400	26400	54000	87000

Аналогично
рассчитываются тяговые характеристики электровоза для «П-ОВ». «СП-ПВ».
«С-ПВ». Результаты занесены в таблицы №8, №9, №10.

Таблица №8. «Тяговая характеристика
электровоза для «П-ОВ».

V, ^км/_ч	100	90	80	70	60	57,5
F_д,кгс	1200	1375	1750	2400	4100	5750
F_к,кгс	14400	16500	21000	28800	49200	69000

Таблица №9. «Тяговая характеристика
электровоза для «СП-ПВ».

V, ^км/_ч	67	60	50	40	30	29
F_д,кгс	600	650	850	1900	6650	7250
F_к,кгс	7200	7800	10200	22800	79800	87000

Таблица №10. «Тяговая характеристика
электровоза для «С-ПВ».

V, ^км/_ч	33	30	25	20	15	14,5
F_д,кгс	600	650	1050	2000	5950	7250
F_к,кгс	7200	7800	12600	24000	71400	87000

По
результатам расчётов на рис.3 построены тяговые характеристики электровоза F_к(V).

3.2. Расчет ограничений.

3.2.1. Расчёт ограничения по сцеплению.

Максимальная
сила тяги электровоза ограниченная сцеплением колёс с рельсами определяется по
формуле:

Р
– расчётная (сцепная) масса электровоза. ,
т.

— расчётный коэффициент сцепления
электровоза.

Величина
определяется по эмпирической
формуле: .

Пример:
для V=10^км/_ч .

Результаты
расчётов занесены в таблицу №11.

Таблица №11. Расчет ограничений по сцеплению.

V,^км/_ч	0	10	20	30	40	50	60	70
	0,34	0,285	0,273	0,264	0,256	0,248	0,24	0,233
F_ксц, кгс	95800	80370	76986	74448	72192	69936	67680	65706

На
рис.3 построен график зависимости F_ксц(V), по данным табл.№11.

3.2.2. Расчёт ограничения по максимальному току ТЭД.

По
известной величине тока I_дмакс ТЭД по рис.1 определяем величины силы тяги
ТЭД при полном и ослабленном возбуждениях (F_дпв
и F_дов). Умножением полученных величин на число
двигателей N_допределяются величины силы тяги электровоза F_кпв и F_ков
, им соответствуют скорости движения V_пв и
V_ов, так же полученные из рис.1. На пересечении
максимального тока I_дмакс с кривыми V(I_д) для «ПВ» и «ОВ».

По
результатам расчёта на рис.3 наносим линию ограничения силы тяги электровоза по
току I_дмакс.

3.2.3. Построение ограничений по максимальной скорости движения
электровоза.

По
заданной величине максимальной скорости V_макс
электровоза наносим на рис.3 соответствующие ограничения.

4. Определение расчётной массы состава.

4.1. Определение расчётной скорости и расчётной силы тяги
электровоза.

Величина
расчётной скорости V_р и расчётной силы тяги F_кр определяется
из графика на рис.3, и составит 47 ^км/_ч и 70500 кгс.,
соответственно.

4.2. Расчёт массы состава.

Расчётная
масса состава определяется по условию равномерного движения с расчётной
скоростью V_р на расчётном подъёме по формуле:

, т.

F_кр [кгс] – расчётная сила тяги электровоза

Р
[т] – расчётная масса электровоза

I_p [⁰/₀₀] –
расчётный подъём

[^кгс/_т] –
удельное основное сопротивление электровоза в режиме тяги

[^кгс/_т]
– удельное основное сопротивление движению состава

^кгс/_т

Для
состава, состоящего из шестиосных вагонов, величина удельного основного
сопротивления движению составит:

^кгс/_т

,
т.

5. Расчёт и построение диаграммы удельных равнодействующих сил.

5.1. Расчёт удельного основного сопротивления состава.

Расчётные
формулы приведены в пункте №4.

Скорости
берутся через 10 ^км/_ч от V=0,
до выхода на характеристику «П-ПВ», а за тем, через 5 ^км/_ч,,
до V_макс. Так же, должны быть взяты, расчётная
скорость V_р и скорость V_в, при которой осуществляется переход на
позицию «ОВ».

Сопротивление
движению состава в диапазоне скоростей от 0 до 10 ^км/_ч
принимается неизменным и равным сопротивлению при V=10^км/_ч.

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание — внизу страницы.

Источник

Задачи на Движение
под действием нескольких сил с решениями

Тренировочные задания для подготовки к контрольным, самостоятельным, проверочным и диагностическим работам по теме «ЗАДАЧИ на Движение под действием нескольких сил с решениями»

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1.
Автомобиль массой 5 т трогается с места с ускорением 0,6 м/с². Найти силу тяги, если коэффициент сопротивления движению равен 0,04.

ОТВЕТ: F_тяг = 5 кН.

РЕШЕНИЕ:

Задача № 2.
Определить, пользуясь графиком, как движется поезд и какова сила тяги локомотива, если известно, что масса поезда 2500 т, а коэффициент сопротивления 0,025.

ОТВЕТ: Поезд движется равнозамедленно с ускорением 0,2 м/с². F_тяги = 125 кН.