La coppia è una forza esercitata su un oggetto; questa forza tende a far sì che l'oggetto cambi la sua velocità di rotazione. Un'auto si affida alla coppia per fermarsi. Le pastiglie dei freni esercitano una forza di attrito sulle ruote, creando una coppia sull'asse principale. Questa forza impedisce l'attuale senso di rotazione dell'asse, arrestando così il movimento in avanti della vettura.
Passaggi
Disegna un diagramma a corpo libero. Un diagramma a corpo libero isola un oggetto e sostituisce tutti gli oggetti esterni con forze vettoriali o torsionali. Ciò consente di sommare le forze e determinare la forza e la coppia nette che agiscono su un oggetto.
Mostra tutte le forze che agiscono sul veicolo mentre il conducente inizia a frenare. C'è la forza di gravità verso il basso e c'è anche la forza verso l'alto esercitata dalla strada. Queste due forze sono uguali e opposte, quindi si annullano a vicenda. La forza rimanente è la forza di attrito esercitata dalla strada, che agisce orizzontalmente nella direzione opposta al movimento del veicolo. Ad esempio, supponiamo di analizzare una jeep da 2.000 chilogrammi che ha appena iniziato a frenare. Il diagramma mostrerebbe due forze verticali uguali e opposte di 19.620 Newton, che si sommano a zero, e una forza orizzontale indeterminata.
Determina la forza orizzontale della strada usando la seconda legge di Newton: la forza su un oggetto è uguale alla sua massa per la sua accelerazione. Presumibilmente conosci o puoi ottenere il peso del veicolo dalle specifiche del produttore, ma dovrai calcolare la velocità di decelerazione. Uno dei modi più semplici per farlo è quello di assumere un tasso medio di decelerazione dal momento in cui i freni vengono azionati per la prima volta, fino al punto di rilascio. La decelerazione è quindi la variazione totale della velocità divisa per il tempo trascorso durante il processo di frenata. Se la Jeep passasse da una velocità di 20 metri al secondo a 0 metri al secondo in 5 secondi, la sua decelerazione media sarebbe di 4 metri al secondo al secondo. La forza richiesta per causare questa decelerazione è pari a 2.000 kg * 4 m /s /s, che equivalgono a 8.000 Newton.
Calcola la coppia che la forza della strada provoca attorno all'asse. Poiché la coppia è uguale alla forza per la sua distanza dal punto di rotazione, la coppia è uguale alla forza della strada per il raggio della ruota. La forza della strada è la reazione torsionale uguale e opposta causata dai freni, quindi la coppia frenante è uguale in grandezza e opposta in direzione alla coppia esercitata dalla strada. Se la ruota della Jeep ha un raggio di 0,25 metri, la coppia frenante è pari a 8.000 N * 0,25 m, o 2.000 Newton-metri.
Suggerimenti
Tu può confondersi con il fatto che ci sono più ruote e il veicolo distribuirà una certa quantità di peso su ciascuna. Tuttavia, la coppia totale dipende ancora solo dalla quantità di forza orizzontale richiesta per arrestare il veicolo. Se sono presenti pastiglie dei freni sia anteriori che posteriori e si desidera conoscere la coppia esercitata da ciascun set, è possibile stimare che ciascun set contribuisca a metà della coppia totale.
