La prima equazione insegnata in dinamica è F = ma che è "forza uguale all'accelerazione di massa". Questa equazione descrive la forza che deve essere esercitata su un oggetto di peso o massa noto mentre viene accelerato o decelerato. Se una bicicletta da corsa con un ciclista che viaggia a 20 miglia all'ora deve fermarsi entro una certa distanza, è possibile calcolare la forza applicata al freno della pinza sul cerchio della ruota posteriore. Puoi anche dimostrare che il raddoppio della velocità quadruplica (quadretti) la forza richiesta per fermarsi.

Definire la velocità per forzare l'applicazione. In questo esempio, la bicicletta con il suo cavaliere pesa 210 libbre. Il cavaliere prende nota di una linea bianca che si trova a 30 piedi davanti a lui quando applica il freno. Dal momento che conosci già la velocità, ora disponi di informazioni sufficienti per calcolare la forza frenante richiesta.

Risolvi il tempo T, che ti consentirà di calcolare l'accelerazione o, in questo caso, la decelerazione. La velocità media sopra i 30 piedi è di 20 mph divisa per due, o 10 mph, che è 14,66 piedi per secondo. Se i 30 piedi sono coperti ad una velocità media di 14,66 piedi per secondo, allora ci vogliono 2.045 secondi per fermarsi.

Risolvi per l'accelerazione usando i 2.045 secondi per coprire 30 piedi. Poiché il calcolo della distanza è D = v (0) x T +1/2 (a) T ^ 2, il primo termine può essere ignorato in quanto tutta la distanza coperta viene contabilizzata dalla decelerazione a zero. Pertanto, 30 piedi equivalgono a ½ a xT ^ 2, che è 30 = ½ a x 2.045 ^ 2 o 30 = 1/2 a x 4.18. Riorganizzare, a = 30 x 2 /4,18 = 14,35 piedi al secondo /secondo.

Risolvi per forza usando l'equazione di base F = ma. Forza F = 210 x 14,35 piedi al secondo /secondo /32,2 piedi al secondo /secondo (accelerazione di gravità) o 93,58 libbre di forza applicate costantemente dal freno al cerchio per 2,045 secondi per fermare la bici. Probabilmente è proprio al limite pratico della capacità di fermare questa bicicletta.

Dimostra che raddoppiando la velocità quadruplica la forza richiesta. Una velocità di 40 miglia all'ora comporterebbe un tempo di arresto di 1,023 secondi, la metà di 2,045 secondi nella prima istanza. Il termine D = ½ x a x T ^ 2 avrebbe funzionato con un'accelerazione di a = 30 x 2 /1,046, o 57,36 piedi al secondo /sec. F = ma, quindi, avrebbe funzionato a F = 374,08 sterline, molto irragionevole per un freno a pinza su un pneumatico da corsa magro. Questo folle cavaliere non si fermerebbe mai da 40 mph nella distanza di 30 piedi, e strisciare proprio oltre il segnale di stop.

Suggerimento

Ricorda sempre che la forza di arresto quadruplica quando la velocità raddoppia.

Avviso

L'accelerazione rapida a una determinata velocità utilizza più forza e molto più carburante rispetto all'accelerazione uniforme.