Зависимость коэффициента трения качения от скорости движения - Дневники - Форум Velomania.ru
RSS лента

Pranevich Ihar

Зависимость коэффициента трения качения от скорости движения

Рейтинг: 5.00. Голосов: 2.
При движении колеса по ровной твёрдой поверхности возникает сила трения качения, модуль которой определяется по закону Кулона: Fk= (μkN)/r, где r- радиус, μk- коэффициент трения качения, N= mg- сила нормального давления.
Эксперименты показывают, что коэффициент трения качения не постоянная величина, а зависящая от ряда параметров, в том числе скорости движения. Например, скорость велосипедиста понижается от 11,8 км/ч до 9,0 км/ч за 7,8 с, а от 20,7 км/ч до 18,8 км/ч за 3,8 с. Пренебрегая сопротивлением воздуха, при радиусе колеса 0,34 м коэффициент трения качения μk= (v1-v2)r/gt в первом случае равен 3,46·10-3 м, во втором- 4,81·10-3 м.
Рассматривается пружинная модель колеса (воздух в шине представляется как набор расположенных в радиальном направлении пружин числом nr, n- количество пружин на единичном радиусе). Коэффициент трения качения будет определяться μk= Anr/2πN= Anr/2πmg, где π= 3,14, g= 9,81 м/с​2. Работа деформации одной пружины A складывается из работы по статическому прогибу kx2/2 (k- коэффициент упругости, k= mg/x) и дополнительному прогибу, связанному с движением колеса mv2x2n2/8π2 (часть кинетической энергии колеса, определяемая проекцией скорости на вертикальную ось, затрачивается на дополнительную деформацию пружины). Получается, что значение коэффициента трения качения можно определить по формуле μk= (1+ xv2n2/4gπ2)·(nrx/4π), он зависит от скорости движения v, статического прогиба x, радиуса колеса r. Число пружин на единицу радиуса для велосипедного колеса может быть ориентировочно взято n= 100 (1/м).
Примем, что передняя шина прогибается на 0,8 мм, задняя- на 1,2 мм; коэффициент трения качения на скорости 10 км/ч для переднего колеса- 2,51·10-3 м, заднего- 4,02·10-3 м, 20 км/ч- соответственно, 3,55·10-3 м и 6,04·10-3 м. Средние значения коэффициента трения качения при скорости 10 км/ч- 3,27·10-3 м, 20 км/ч- 4,79·10-3 м.
Для уменьшения силы трения качения необходимо при других одинаковых условиях сокращать статический прогиб путём увеличения давления и применением более узких шин, повышая жёсткость воздуха в них за счёт уменьшения его высоты.

Обновлено 25.05.2018 в 23:16 Pranevich Ihar

Метки: Нет Добавить / редактировать метки
Категории
Без категории

Комментарии