Subiecte:
- Calculați sarcina pe osie folosind VLS
- Calculați sarcina pe puntea față
- Diferența dintre greutate și masă
- Calculați sarcina pe puntea spate
- Calculați greutatea nasului
- Calculați influența greutății la vârf asupra axei spate
Calculați sarcina pe osie folosind VLS:
Sarcinile pe osie ale unui vehicul pot fi calculate cu un desen schematic și cu datele mașinii. O mașină cu forțele relevante poate fi desenată folosind un VLS (Free Body Diagram) (vezi imaginea de mai jos). Condițiile unui VLS sunt ca suprafața drumului să nu fie desenată. Chiar dacă vehiculul se află pe un deal, vehiculul nu trebuie tras în unghi, ci trebuie trasă o forță orizontală cu o direcție în VLS.
Avantajul lucrului cu un VLS este că lucrurile inutile sunt lăsate afară. De exemplu, atunci când se calculează momentele interne sau sarcina pe osie a unei remorci, este util să tragi doar remorca în locul unei mașini cu remorcă. Desenând doar ceea ce este necesar, eviți să faci greșeli (incluzând în calcul prea multe forțe orizontale/verticale care nu aparțin).
În primul rând, greutatea trebuie calculată folosind accelerația gravitațională care acționează asupra vehiculului. Gravitația depinde de locul în care se află vehiculul pe Pământ. În Țările de Jos accelerația gravitațională este de 9,81 m/s.
Masa vehiculului trebuie înmulțită cu gravitația. Asta dă: 1500 x 9.81 = 14.715N (unitatea de forță este Newton). Trebuie remarcat faptul că accelerația gravitațională este uneori numită și accelerație gravitațională, constantă gravitațională sau viteză de cădere. Numărul 9,81 este, de asemenea, uneori rotunjit la 9,8 sau foarte aproximativ la 10. Acesta este mai ușor de calculat (1500 / 10 este mai ușor de calculat pe de rost decât 1500 / 9.81), dar răspunsul final nu este cu siguranță exact. Prin urmare, utilizați întotdeauna 9,81 m/s, cu excepția cazului în care se specifică altfel într-o întrebare de examen, de exemplu.
Forța totală cu care vehiculul este presat pe suprafața drumului este deci de 14.715 Newtoni. Această forță este distribuită pe ambele osii ale mașinii.
Sarcina pe osie este adesea mai mare în față, deoarece acolo se află motorul. Acest lucru poate fi văzut în imagine prin centrul de greutate, care, privit din centru, se află în față. Centrul de greutate este un punct de pivot imaginar. Dacă acest centru de greutate ar fi exact în mijloc, sarcina pe osie pe ambele axe ar fi aceeași (împărțiți masa vehiculului la 2). Deoarece distanțele roților, locația centrului de greutate și masa totală a vehiculului sunt cunoscute, sarcinile pe osie din față și din spate pot fi calculate.
Masa vehiculului: 1500 kg
Greutate: 14715N
Înălțimea suprafeței drumului – punct de cotitură: 60 cm
Distanța F1 – punct de îndoire: 115cm
Distanța punctului de pivotare – F2: 160 cm
Distanța F1 – F2: 115+160= 275cm (acesta este ampatamentul)
Calculați sarcina pe osie F2 (axa spate):
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
16922 – F2 x 2,75 = 0
F2 = 16922 / 2,75
F2 = 6154N
Calculul este detaliat mai jos:
- Pentru a calcula F1 și F2, trebuie mai întâi să fie calculat. Alegem să calculăm mai întâi F2.
Facem pivotul la F1. Totul în sensul acelor de ceasornic este pozitiv și totul în sens invers acelor de ceasornic este negativ. Aceasta înseamnă că forțele îndreptate în jos sunt pozitive, iar forța F2 în sus este negativă. Completam prima parte a formulei.
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
(Introduceți acest ultim 0 ca standard, deoarece mai târziu în calcul numerele din stânga și dreapta semnului " = " sunt schimbate) - Forța x braț: greutatea lui 14715 este înmulțită cu distanța de 1,15:
14715 1,15 x = 16922 - Acum introducem asta din nou în formula:
16922 – F2 x 2,75 = 0 - Mutați 16922 pe cealaltă parte unde 0 este:
F2 x 2,75 = 16922 - Împărțiți ambele părți la 2,75 pentru a le elimina din stânga semnului =:
F2 = 16922 / 2,75 - Asta are ca rezultat:
F2 = 6154N.
Diferența dintre greutate și masă:
Amintiți-vă că greutatea nu este aceeași cu masa. Greutatea lui F2 în calculul anterior este de 6154 Newtoni. O masă este întotdeauna în kilograme. Prin urmare, trebuie întotdeauna împărțit la accelerația gravitațională de 9,81. (6154 / 9,81 = 627,3 kg) Gândiți-vă doar la masa vehiculului goală menționată pe certificatul de înmatriculare. Aceasta este întotdeauna exprimată în kg. Pentru a clarifica povestea de mai sus; Nu există gravitație în spațiu. Totul plutește acolo, oricât de greu ar fi. Totul are o greutate; când arunci o cutie de lapte împotriva a ceva sau a unei pietre, acest lucru va avea un impact diferit. Cutia de lapte nu va deteriora cu ușurință nimic atunci când lovește peretele, de exemplu, dar cu siguranță piatra va provoca daune. Acest lucru se datorează faptului că forța cu care obiectul se oprește este mai mare pentru piatră decât pentru cutia de lapte. Acest lucru demonstrează că greutatea este prezentă și în spațiu și este importantă, dar masa nu este. Masa se datorează atracției gravitaționale a Pământului. Deci greutatea mașinii nu este de 1200 kg, ci masa sa este de 1200 kg. Multe greșeli sunt adesea făcute cu asta.
Calculați sarcina pe osie în spate:
Când se cunosc greutatea totală și sarcina pe 1 osie, sarcina pe a 2-a poate fi calculată cu ușurință scăzând aceste două una de la cealaltă:
Greutate totală – F2 = F1:
14715 – 6154 = 8561N.
Desigur, F1 poate fi calculat și separat. Acesta este aproape același cu primul calcul:
14715 x 1,6 – F1 x 2,75 = 0
23544 – F1 x 2,75 = 0
F1 = 23544 / 2,75
F1 = 8561N
Forța pe care roata din față o exercită asupra suprafeței drumului este de 8561N, iar roata din spate de 6154N. Adunat, acesta este 14715N. Masa totală a vehiculului este deci 14715 / 9.81 = 1500kg.
Calculați greutatea nasului:
Așa cum s-au calculat sarcinile pe osie ale mașinii în capitolele anterioare, se poate determina și greutatea la vârf pe bara de remorcare a mașinii. Momentul este forța x braț. Aceasta înseamnă că cu cât brațul este mai lung, cu atât este mai mare momentul. Sarcina pe puntea spate depinde de distanța dintre F2 și F3, iar greutatea la vârf depinde de distanța dintre F3 și F4. Și tocmai forța pe „punctul balamalei”, sau bila barei de remorcare, trebuie calculată.
Masina are 1500 kg, iar remorca 300 kg. Mai întâi convertim acest lucru înapoi în Newton prin înmulțirea cu accelerația gravitațională:
1500 x 9,81 = 14715N
300 x 9,81 = 2943N
Pentru a calcula greutatea nasului, este mai ușor să desenați mai întâi doar remorca. Mașina în sine nu este importantă în calcul.
Greutatea la nas este indicată de F3, iar forța cu care anvelopa apasă pe suprafața drumului este F5.
F3 devine punctul de pivot și vom calcula forța F5. Centrul de greutate este o forță în jos, deci pozitivă. Forța care acționează asupra F5 este o forță ascendentă, deci este negativă (deci are semnul minus în fața ei). Greutatea remorcii este de 4000N.
Calculați forța F5:
4000 x 1,2 – F5 x 1,4 = 0
4800 – F5 x 1,4 = 0
F5 = 4800 / 1,4
F5 = 3429N
Calculați greutatea nasului (F3):
4000 – 3429 = 571N
571 / 9,81 = 58,2 kg
Greutatea la cap cu această remorcă este de 58,2 kg.
Pe măsură ce centrul de greutate se deplasează în spate, greutatea nasului scade. Pentru a obține această perspectivă și practică cu calculele, este util să creșteți și să micșorați distanța dintre F3 și F4 și, prin urmare, și între F4 și F5 și să efectuați din nou calculul.
Calculați influența greutății la vârf asupra axei spate:
Deoarece acum se cunoaște greutatea din față, se poate calcula ce influență are aceasta asupra punții din spate. Greutatea nu poate fi adăugată pur și simplu, deoarece distanța dintre puntea spate și bila de remorcare este foarte importantă (forță x braț). Folosim din nou aceeași imagine a mașinii cu remorcă.
În calculul anterior se știa că greutatea nasului (F3) este 571N. De asemenea, F2 era deja cunoscut, care era 6154N. Forțele nu pot fi adunate, deoarece distanța dintre roata din spate și capul bilei de remorcare încă funcționează ca un braț. Vom recrea întreaga formulă, ca la începutul acestei pagini. La această formulă se adaugă 571 x 3,65 (forța pe F3 plus distanța de la F1 la F3).
14715 x 1,15 + 571 x 3,65 – F2 x 2,75 = 0
19006 – F2 x 2,75 = 0
F2 = 19006 / 2,75
F2 = 6911N = 691kg.
Aceasta înseamnă că puntea spate suportă o greutate de 691 kg.
