Küsimus:
Kas puhas veerev silinder peatub karedal pinnal?
DarkSideofPhy
2017-03-27 15:24:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kas kare pinnal puhast veeremist sooritav ketas või silinder (jäik kere) peatub, jättes tähelepanuta õhutakistuse ja muud soojuskadud ning veeremishõõrdumise, kuid mitte staatilise ja kineetilise hõõrdumise?Kui jah, siis millise hõõrdumise tõttu see peatub, staatiline või kineetiline ja kuidas? Oletame, et pinnal puudub veerev hõõrdumine.

Mida mõtlete mõiste krobeline pind all?Kas see on lihtsalt piisavalt karm, et saaksite öelda, et toimib hõõrdejõud?Kas puhas veeremine ei tähenda libisemist - suhtelist liikumist ketta ja pinna vahel kokkupuutepunktis?Neid ideaalseid tingimusi arvestades ei toimu hõõrdejõudu ja ketas veereb igavesti.
... ühe hõõrdetüübi unarusse jätmine tundub mulle olemuslikult ebajärjekindel, kuna need kõik tulenevad samast põhjusest, pindade karedusest: Põhimõtteliselt ütlete: "see pind on nii sile, et sellel pole hõõrdumist, kuid see on karepiisavalt, et oleks hõõrdumist ", millel pole mõtet.
@Farcher arvamine, kuid ma ütleksin, et _ through_ peaks lihtsalt tähendama _ mõnes lokaalses mastaabis mitte-tasast_, sõltumata hõõrdumisest.
Kuidas saab unarusse jätta soojuskadu ja siiski energiat hajutada (eeldades, et te ei tähenda, et energia kaoks lõpmatult massiivsele pinnale liikumise edastamise kaudu)?
Staatiline ja dünaamiline hõõrdumine ei ole põhijõud ja kõik reaalsed materjalid muudavad kineetilise energia heli, kuumuseks jne ja seega peatuvad, nagu vastatud.Küsimus sarnaneb pisut "mis juhtub, kui vastupandamatu jõud satub kinnisasjaga".See räägib füüsikalisest ja matemaatilisest ainulaadse abstraktsioonist, mitte võimalikest reaalsetest aatomitest valmistatud reaalsetest materjalidest.
@Farcher Pure rolling on veel üks viis öelda, et libisemist ei toimu (OP on Indiast ja mina olen ka Indiast; seda terminoloogiat kasutatakse meie õpikutes).Pinna kohta öeldakse, et see on kare, kui sellel on hõõrdumist ja pea alati, me mõtleme tasast pinda (ja siledad pinnad on väidetavalt hõõrdumatud).Need terminid esinevad nii koolieksamitel kui ka riiklikel võistluseksamitel.Need terminid on mitmetähenduslikud;siiski võib teha mõistliku oletuse.Küsimus on igatahes ebaselge.
Neli vastused:
leftaroundabout
2017-03-27 21:03:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nagu ütles Yashas Samaga, ei peatu see mitte siledal , vaid hõõrdepinnal. See peatub aga tegelikul karedal pinnal (nagu tegelikkuses - nt karedal kivipinnal veerev terasmarmor peatub üsna kiiresti, kuigi lohistamine / veerev hõõrdumine on sama madal kui siledal klaasplaadil, kus marmor tõepoolest väga kaugele veereks).

Põhjus on see, et krobeline pind ei saa üldiselt veerevat kere pidevalt puutuda. Selle asemel, kui objekt on üle piigi veerenud, ei läbita see sujuvalt järgmist küna, vaid põrkab kergelt kokku järgmise tipuga. Kui veerevat hõõrdumist pole, siis on kokkupõrge (ideaalis) täiesti elastne, see tähendab, et silinder põrkab maha . Kui see uuesti pinnale jõuab, ei taastata vertikaalset kineetilist energiat täielikult liikumiseks algses suunas. Ehkki sellel liikumiskiirus on selles suunas veel teatav, põrkub see statistiliselt tõenäolisemalt profiili teise vastandliku esiosaga, kaotades seeläbi veelgi suurema hoo.

Nii et ma arvan ideaalis, et see viiks lõpuks juhusliku liikumiseni. Tegelikkuses seda ei juhtu, kuna kokkupõrked on piisavalt elastsed - tegelikult kaob hea kogus või kineetiline energia kohe, kui rull järgmise tippu jõuab.

Yashas
2017-03-27 15:42:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Anused selles vastuses:

  1. Kareda pinna all mõtlesite hõõrduvat tasast pinda.
  2. Silinder / kera / ketas / jne. on ideaalsed; need ei deformeeru.

See on minu mõistlik oletus; Olen teadlik India keskkooliõpikute ja eksamite terminoloogiast (olen ka Indiast pärit), kuid peaksite siiski oma küsimust muutma ja selle selgeks tegema.


Kui täiuslik / ideaalne silinder (või kera, ketas, rõngas jne) rullub puhtalt, on madalaima punkti kiirus null (puhta veeremise tingimus). Kuna pindade suhteline liikumiskiirus kokkupuutepunktis on null, siis puudub "kineetiline" hõõrdumine (kui välist jõudu pole, on ka staatiline hõõrdumine null).

Seetõttu jätkab silinder teie puhul igavesti veeremist.


Bonus:

Silinder veereb igavesti, kui sellele ei mõju väline tasakaalustamata jõud. On olukordi, kus saate objekti kiirendades puhtalt veereda. Üks olukord, kus see juhtub, on näidatud alloleval joonisel:

enter image description here

Olgu hõõrdejõuks $ f $.

Olgu $ F $ väline jõud ($ \ le f_ {max} = \ mu N $).

Objekti puhta veeremise tingimus on:

$$ v_ {com} = \ omega R \ tag {1} $$

Madalaima punkti translatsioonikiirus tühistab kõige madalama punkti pöörlemisliikumise täielikult.

Eristades võrrandi $ (1) $ aja suhtes, saate:

$$ a_ {com} = \ alpha R \ tag {2} $$

Tõlkekiirendust saab kompenseerida nurkkiirendusega, nii et kui tõlkekiirus suureneb (või väheneb), suureneb (või väheneb) ka nurkkiirus, et tagada tingimuse $ (1) $ täitmine.

Sel juhul pole kineetilist hõõrdumist, kuna kontaktpinnad on endiselt puhkeasendis.Kuid staatiline hõõrdumine toimib (kui seda ei oleks, oleks suhteline liikumine, kuna $ v $ muutuks, ilma et see mõjutaks $ \ omega $ väärtust, mis põhjustaks $ (1) $ nurjumist).

Netojõu ($ F_ {net} $) ja pöördemomendi ($ \ tau_ {net} $) saab arvutada järgmiselt:

$$ F_ {net} = ma = F - f \ tag {3} $$

$$ \ tau_ {net} = I \ alpha = -fR \ tag {4} $$

Teil on kolm võrrandit (võrrand $ (2) $, $ (3) $ ja $ (4) $) ja kolm tundmatut ($ f $, $ a $ ja $ \ alpha $).Võite lahendada $ a $ ja $ \ alpha $ jaoks.Nende väärtuste põhjal saate arvutada aja, mis kulub keha veeremise lõpetamiseks.

Lol I tähendas pigem muutmist: "Kuna pindade suhteline liikumiskiirus kokkupuutepunktis on null, siis hõõrdumist ei toimu."kuni "Kuna suhteline kiirus pindade vahel kokkupuutepunktis on null, siis ** kineetilist ** hõõrdumist ei toimu."I.E.staatiline hõõrdumine on puhtalt libisemisvastane.See oli enam-vähem semantika, mitte selgus.Üksikasjaliku analüüsi lisamine ei tee siiski haiget, vaid võttis natuke rohkem aega: P
@YashasSamaga Ma arvan, et teie arutelu jõudude üle ei ole teema jaoks asjakohane (kuna OP-i probleemis pole sellist tasakaalustamata jõudu).Kuid ennekõike arvan, et teie väide, et rull ei peatu ilma sellise jõuta, on vale: teie argumentatsioon kehtib ainult piisavalt siledate pindade kohta, et teil oleks pidevalt jagatud puutuja.Täpselt seda ei anta korralikult karedal pinnal.
OP palus konkreetset silindri või ketta juhtumit (eeldasin, et need on täiuslikud).Kareda pinna all tähendas OP, et pinnal on hõõrdejõud;teisisõnu, oletame, et hõõrdumine on olemas.Tasakaalustamata jõud olid lisateave, sest see on oluline.
Hm, ok, ma arvan, et see on võimalik tõlgendus (küsimus oleks pidanud paremini sõnastama).Kuid ma ei pea "hõõrdumisega" väga mõistlikuks "läbi" määratlust - kummist pind võib olla väga sile, kuid samas anda palju hõõrdumist, samas kui tekstuuriga teraspinnal on tegelikult vähe hõõrdumist, kuid muhke, mille külge võite kinni hoida.
Kas olete selles vastuses kindel?Ma võin mõelda kahele vastunäitele: 1) piisavalt ekstreemne kare pind (st kareduse skaala on silindri läbimõõdu suhtes suur), mis sisaldab põhiliselt vertikaalset (või isegi üle 90 kraadi) seina, kõrgemat silindri keskpunkti, etlihtsalt peatab silindri ja 2) karedus, mis lõpuks mõjutab silindrit ja muundab selle kineetilise energia soojuseks.(Redigeeri: tundub, et vasakpoolne ring kirjeldab seda hästi) Kas OP tingimused välistavad nr 1 (näen, et need võivad välistada # 2)
Siinkohal mõtlen # 1 all: https://i.snag.gy/ECOVZD.jpg mõtlesin ka kolmandale: 3) Juhtum, kus veeretsilindril pole piisavalt inertsi, et see piisavalt kõrgeks teha "muhk "karedal pinnal, arvestades raskust.
@JasonC OP ütles, et objekt veereb puhtalt pinnal;kas see ei näita, et OP räägib ideaalsetest juhtumitest?Teie mainitud karedate pindadega pole seda võimalik rullida.# 2 puhul keerab keha ümber ja läheb siis uuesti puhtaks rullimiseks.Minu boonusosa räägib sellistest olukordadest.Kareda pinna all tähendas OP tõenäoliselt hõõrduvat pinda.Kui arvestada teie mainitud kareda pinna tüüpi, on keha võimatu rullida.See ei hakkaks esiteks puhast veerema.Nii et saate selle juhtumi loogiliselt kõrvaldada.
Dave Tweed
2017-03-27 20:55:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kui nii silinder kui ka pind on täiesti jäigad, siis jah, see veereb igavesti, vähemalt seni, kuni kohtab muhku, mille ületamiseks pole kineetiline energia piisav.

Kuid kui pind võib deformeeruda, ei tagastata kogu selle deformeerimiseks kasutatud energiat silindrisse.Osa sellest levib kokkupuutepunktist eemale helilainete kujul, mida pole enam kunagi näha.Silinder kaotab energiat ja aeglustub aeglaselt.Lõpuks kohtab ta muhku, mida tema järelejäänud energia ei suuda seda üle kanda, ja see peatub.

Samamoodi, kui silinder ise võib deformeeruda, tekitab see sisemist vibratsiooni ka karedusest.See lahutatakse ka veeremisenergiast.

Õige, kuigi tundub, et te ei kasuta füüsika mõistes sõna [elastne] (https://et.wikipedia.org/wiki/Elastic_collision).
@leftaroundabout: Ma ei ole füüsik, kuid arvan, et olen, nii et peate oma üksikasju täpsemalt selgitama.Pidage meeles, et me ei räägi siin osakestest ja kontaktjõud pole tingimata kummalegi pinnale normaalsed.
Füüsikas tähendab _elastne_, et miski võib hoogu ümber suunata ilma energiat hajutamata.See ei ütle deformeeritavuse kohta midagi (tegelikult on jäigad kered sageli elastsemad kui deformeeritavad - teras on väga elastne, play-doh või isegi kumm on füüsikule üsna elastne).
@leftaroundabout: OK, nii et minu sõna "deformeeruma" kasutamine peegeldab mu võhiku viisi interaktsiooni visualiseerimiseks, kuid ma mõtlen täpselt seda, mida te kirjeldate - hoogu kadudeta ümbersuunamine.
@DaveTweed Ma arvan, et segadus seisneb selles, et see, mida te kirjeldate (kineetilise energia kaotus siseenergiale), on täpselt see, mida füüsik nimetaks * elastseks * efektiks.
Hoolimata terminoloogiast on see õige vastus, nii et +1.Ma kasutaksin elastse asemel sõna deformeeritav.
descheleschilder
2017-03-28 18:47:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kujutage ette ideaalset (kokkusurumatut ja ideaalse tasase pinnaga) silindrit (raadius R), mis asub lõpmatul (hoogu edasikandumise vältimiseks) ideaalset tasast ja kokkusurumatut tasapinda, et vältida elastset energiaülekannet. Rakendades silindri keskteljega risti kahte võrdselt suurt, kuid vastupidist jõudu $ \ vec F $ silindri vastaskülgedele, tekib pöördemoment $ \ vec {\ tau} = 2 \ vec F $ x $ \ vec R $ piki silindri kesktelge. See põhjustab silindri pöörlemise ilma sellele lineaarset kiirust andmata.

Kui see pöörleb, kujutage ette, et silinder ja lennuk, millel see asub, muutuvad järjest karedamaks, nii et mingil hetkel (ajahetkel) hakkab silinder veerema ainult staatilise hõõrdumisega. Karedad ebakorrapärase kujuga pinnad võivad silindri veerema asudes olla ideaalselt tasased. Kui suumime kontaktpunkti, pole ühte kontaktpunkti. Lennukil ja silindril võib olla igasuguseid moonutusi, mis võivad selle veerema panna (vaatamata "lamedale karedusele"). Kui see on veerenud, on mõned neist moonutustest sellised, et veerev silinder saab need purustada (kokkusurumatus ja ideaalne tasasus ei tähenda purunemisvõimet), mis võtab ilmselgelt selle energia ära, nii et lõpuks, pärast esimest liikumist, on silinder lõpetab liikumise.

Silinder kaotab ka energiat eraldades e.m. kiirgus (kuigi väga vähe) ja gravitatsioonikiirgus ( väga väga väga vähe), kuna see on pöörlev liikumine.

Ma ei saa aru, mida sa räägid.Pöördemomenti põhjustav jõud võib põhjustada ka translatsioonikiirendust.
Kui nii pind kui ka silinder sobivad ideaalselt tasaseks ja rakendate pöördemomenti silindri pinnale (risti selle pikkusteljega), siis translatsiooniliikumist ei toimu.Unustasin kirjutada, et jõud on risti silindri pikkusteljega.Aitäh.
Peaksite mainima pöördemomendi allikat.Kui on pöördemoment, siis on ka jõud.Kui kohal on ainult üks jõud, PEAB olema tõlkekiirendus.
Ma lähen näost punaseks!Muidugi on sul õigus!Tegin toimetuse.
"Kahe vastupidise pöördemomendi τ⃗ = F⃗ xR⃗ rakendamine silindri kahele vastasküljele silindri pikkusteljega risti oleva jõuga paneb silindri ainult pöörlema ja ei anna silindrile lineaarset kiirust", mis on kaks vastandlikku pöördemomenti?See vastus on halvasti kirjutatud.Raske on mõista, mida öelda tahate.Kohe alguses ei tundu see vastavat OP küsimusele.


See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...