Sådan beregnes kraft fra hastighed

Den første ligning undervist i dynamik er F = ma, som er "force equals mass times acceleration." Denne ligning beskriver den kraft, der skal udøves på et objekt med kendt vægt eller masse, da den accelereres eller decelereres. Hvis en racercykel med en rytter, der rejser 20 miles i timen, skal stoppe inden for en bestemt afstand, kan du beregne, hvor meget kraft der vil blive anvendt på kaliperbremsen på baghjulets kant. Du kan også bevise at fordoblingshastigheden firedobler (kvadrater) den kraft, der kræves for at stoppe.

Definer hastigheden for at tvinge applikationen. I dette eksempel vejer cyklen med sin rytter 210 pund. Rytteren noterer en hvid stoplinie, der er 30 fod foran ham, når han anvender bremsen. Da du allerede kender hastigheden, har du nu nok information til at beregne den krævede bremsekraft.

Løs for tid T, som gør det muligt at beregne acceleration eller i dette tilfælde deceleration. Den gennemsnitlige hastighed over 30 fod er 20 mph divideret med to eller 10 mph, hvilket er 14,66-fod-per-sekund. Hvis de 30 fod er dækket med en gennemsnitlig hastighed på 14,66-fod-per-sekund, tager det 2,045 sekunder at stoppe.

Løs for acceleration med 2,045 sekunder til at dække 30 fod. Da afstandsberegningen er D = v (0) x T +1/2 (a) T ^ 2, kan det første udtryk ignoreres, da al afstand dækket regnes af decelerationen til nul. Derfor er 30 fod lig med ½ a xT ^ 2, hvilket er 30 = ½ a x 2,045 ^ 2 eller 30 = 1/2 a x 4,18. Re-arrangere, a = 30 x 2 /4.18 = 14.35 fod per sekund /sek.

Løs for kraft ved hjælp af F = ma basisligningen. Kraft F = 210 x 14,35 fod per sekund /sek /32,2 fod /sekund /sek (acceleration af tyngdekraften) eller 93,58 pund kraft kraftigt påført af bremsen til fælgen i 2,045 sekunder for at stoppe cyklen. Det er sandsynligvis ret på den praktiske grænse for denne cykels evne til at stoppe.

Bevis at fordoble hastigheden firdobler den krævede kraft. En hastighed på 40 km /h ville resultere i en stoppetid på 1.023 sekunder, halvdelen af ​​2.045 sekunder i første omgang. D = ½ x a x T ^ 2 termen ville træde ud til en acceleration på a = 30 x 2 /1.046 eller 57.36 fod pr. Sekund /sek. F = ma ville derfor arbejde til F = 374.08 pounds, meget urimeligt for en tykkelsesbremse på et tyndt racerdæk. Denne dumme rytter ville aldrig stoppe fra 40 mph i 30-fods afstanden, og de ville stribe lige forbi stopskiltet.

Tip

Husk altid at stoppekraftfiltre, som hastigheden fordobler.

Advarsel

Hurtig acceleration til en given hastighed bruger mere kraft og langt mere brændstof end glat acceleration.