Новости
Механика
Опубликовано: 18.12.2017
Почему поезд движется?
В качестве примера давайте рассмотрим "простой" вопрос: почему движется поезд? Чаще всего отвечают, что причина его движения состоит в работе двигателя локомотива, а локомотив поэтому тащит за собой вагоны. Хорошо, а если, допустим, мы приподнимем локомотив на тросах над рельсами и включим двигатель - будет ли состав двигаться? Разумеется, нет. Двигатель будет работать, колеса вращаться, но - вхолостую. Состав так и не сдвинется с места!
Так что же является движущей силой для поезда и каков ее источник? Движущая сила в данном случае - это сила зацепления колес локомотива за рельсы. Ее называют силой сцепления: . Казалось бы, какое там "сцепление": поверхность катания колес такая гладкая, как и поверхность "головки" рельса, по которой колесо катится. Так что, вроде бы не за что зацепиться! Действительно, на заре развития железнодорожного транспорта для обеспечения сцепления делали специальные зубчатые рельсы, а у локомотива были зубчатые колеса!
Лекция 1. Механика
Когда же в 1803 году испытывался первый паровоз Тревитика с гладкими, незубчатыми колесами, стоящий на таких же гладких рельсах, собравшиеся не верили, что паровоз может сдвинуться с места. А после того как он все же разогнался до скорости 10 км/ч, раздались крики: "Теперь он никогда не остановится!" Но он, конечно же, остановился.
Занимательная механика. Бронепробитие.
И разогнаться и остановиться паровозу помогли силы трения. Дело в том, что поверхности любых предметов, в том числе рельсов и колес, не абсолютно гладкие. Представить себе возникновение в нашем случае сил трения очень легко, если рассматривать поверхности рельсов и колес имеющими мелкозубчатую структуру. Когда двигатель локомотива заставляет вращаться колеса, те своими микрозуб-чиками зацепляются за неровности поверхности рельсов и отталкиваются от них, заставляя колесо, а с ним и весь локомотив, двигаться вперед. По той же причине и мы с вами можем передвигаться - между подошвами нашей обуви и поверхностью, по которой мы движемся, возникают силы сцепления. Мы как бы отталкиваемся от поверхности. Вот по льду нам будет уже трудно передвигаться - не от чего оттолкнуться, поверхность льда слишком гладкая, на ней мало зубчиков, при этом они к тому же непрочны, мы говорим - лед скользкий. Если микрозубчики поверхностей соприкасающихся тел трутся, ломая и скалывая друг друга (например, при скольжении одного из предметов по поверхности другого), то говорят о трении скольжения. Сила трения скольжения определяется материалами взаимодействующих поверхностей, степенью их обработки, чистоты. Это взаимодействие характеризуется коэффициентом трения скольжения . Величину для многих пар соприкасающихся поверхностей можно найти в специальных таблицах. Кроме этого, сила трения скольжения зависит и от степени соприкосновения поверхностей. Если микрозубчики скользящих поверхностей не слишком "вжаты" друг в друга - трение скольжения невелико, а вот если поверхности сжимать сильно, то микрозубчики соприкасающихся поверхностей как бы вклиниваются друг в друга и трение увеличивается. Другими словами, сила трения пропорциональна силе давления, оказываемой движущимся телом на поверхность. Но по третьему закону динамики Ньютона поверхность, в свою очередь, действует на тело с такой же по величине силой N, но направленной в противоположную сторону силе давления на нее. Эта сила N называется силой реакции опоры. Таким образом, величину силы трения скольжения можно определить через величины и : Сила, с которой тело действует на горизонтальную опору вследствие тяготения к Земле, называется весом тела. Локомотив своим весом действует на рельсы: это давление передается рельсам через колесные пары. Сила давления на рельсы движущих локомотив колесных пар, обеспечивающих силу зацепления и отталкивания колес от рельсов, называется сцепным весом локомотива. Таким образом, если у локомотива все колесные пары являются движущими (что и делается на современных локомотивах), то сцепной вес равен весу локомотива. На локомотив на горизонтальном участке пути ("на площадке") в вертикальном направлении действуют сила тяжести и через колесные пары - сила реакции рельсов: .
