| Strona główna |
Masa całkowita lokomotywki 10 kg, masa uwzględnia masy czujników do pomiaru przyspieszeń i siły modelu samochodu.
A - Czujnik siły zderzenia.
B - Czujnik przyspieszenia.
C - Pomiar obrotów pochłaniacza.
D - Pomiar siły modelu samochodu.
Droga lokomotywki 0.6 m na równi pochyłej o pochyleniu 25mm/ m
Maksymalna prędkość lokomotywki V przy założeniu doskonałej zamiany energii potencjalnej na energię kinetyczną wynosi odpowiednio;
g = 9.81 m/s2, h = 0.015 m,
V = 0.5425 m/s
Całkowita energia kinetyczna lokomotywki wynosi;
E = 1.4715 J
Poniższy wykres przedstawia wyniki hamowania lokomotywki, maksymalne przyspieszenie jest rzędu 19m/s2, lokomotywka zatrzymuje się w czasie około 0.1 sekundy.
Siła zarejestrowana na zderzaku lokomotywki przedstawiona jest na poniższym wykresie. Możemy łatwo stwierdzić że przy masie całkowitej lokomotywki
10 kg reakcja na zderzaku powinna być rzędu 200 N, co wynika z ròwnań Newtona.
Na lokomotywce znajdowała się zabawka, model samochodu o masie 0.168 kg.
Model ten zatrzymał się przy reakcji hamowania rzędu 1.0 N, co oznacza że jego przyspieszenie a m było ròżne od przyspieszenia lokomotywki i wynosiło około;
am = 1.0 / .168 = 5.95 m/s2
Dla przypomnienia zarejestrowane przyspieszenie lokomotywki jest 19 m/s2
Czujnik siły to sprężysta belka o przekroju 11.5 x 0.65 mm i długości 135.0 mm
Odkształcenie belki pod wpływem siły 1.0 N wynosi 0.0148 m.
Energia kinetyczna modelu zużyta w procesie hamowania może być oszacowana jako energia sprężysta belki, wynosząca w naszym doświadczeniu;
Em = 0.0074 J
Dla przypomnienia należy pamiętać ze prędkość modelu samochodu byla równa prędkosci lokomotywki V = 0.5425 m/s, stąd należałoby wyciągnąć wniosek że jego energia teoretyczna powinna wynosić odpowiednio;
Et = 0.0247 J
Model samochodu posiadał prędkość V = 0.5425 m/s ale nie posiada energii wynikajacej z równania na energię kinetyczną, ma jej zaledwie okolo 30 % którą to energię zużył na odkształcenie sprężyste czujnika siły. Różnica znajduje się w pochłaniaczu, została przekazana do pochłaniacza na drodze hamowania lokomotywki ( w ruchu unoszenia ).
Jezeli chodzi o energię zmagazynowaną w pochlaniaczu to możemy ja łatwo wyliczyc znając obroty pochłaniacza. Z poniższego zapisu mozemy odczytać że na wykonanie drugiego pelnego obrotu pochlaniacz zuzył okolo 0.030 sekundy, czyli posiadal prędkość w granicach 2000 obr/min, albo prędkość kątową omega = 209.43 r/s
Wartość jednego punktu odpowiada 0.0078 sekundy
Znając prędkość kątową pochlaniacza możemy łatwo oszacować energię która znajdowala sie w pochłaniaczu w momencie zatrzymania sie lokomotywki.
Moment bezwładnosci I pochłaniacza jest rowny;
I = 0.0000275 kgm2
Energia w pochłaniaczu wynosi odpowiednio;
Ep = 0.6031 J
Energii w pochłniaczu jest około 40 % energii całkowitej, jest to wynik czysto teoretyczny, przy doskonałej sprawności toczącej sie lokomotywki.
Jeżel założyć że model samochodu może byc w naszych rozważaniach modelem kierowcy prowadzacego lokomotywkę to niski poziom tej energii świadczy o możliwej ochronie w procesach zderzenia, pod warunkiem że nie jest się związanym na sztywno z pojazdem.