--}}
Новая тема
Вы не можете создавать новые темы.
Т.к. вы неавторизованы на сайте. Пожалуйста назовите себя или зарегистрируйтесь.
Список тем

Помогите человеку с двойкой по физике

Разговоры обо всём
717
17
С друзьями на NN.RU
В социальных сетях
Поделиться
Qwertyempty
19.02.2021
Вопрос к людям подкованным в точных науках.
Дано: велосипедист едет по дороге, уклоном дороги, скоростью и направлением ветра можно пренебречь. Масса велосипеда - 10 кг (взято от балды, просто как круглое число). Скорость езды - 20 км/час. Дополнительного отягощения нет (рюкзак/багажник отсутствует).
Вопрос: каковы энергозатраты велосипедиста (в калориях)? Как они изменятся в случаях если:
а) Будет изменяться масса велосипеда
б) Будет изменяться скорость езды
в) Появится дополнительное отягощение в виде рюкзака или багажника

Интересуют естественно не конкретные цифры а формулы для выполнения расчетов.
Qwertyempty писал(а)
уклоном дороги, скоростью и направлением ветра можно пренебречь.
Проблема в том, что как раз уклон, скорость и направление ветра - это то, чем нельзя пренебрегать при движении на велосипеде. Если не будет уклона и сопротивления воздуха, то никаких усилий для равномерного (ускорение = 0) движения прикладывать велосипедисту вообще не надо. Велосипед будет ехать сам. Сопротивлением качению и вращению педалей (цепи, колес) можно пренебречь на фоне силы сопротивления воздуху и преодолению силы тяжести при движении в гору.
А так-то F=m*a. Т.е. чтобы приобрести такое же ускорение при разных массах, нужно во столько же раз приложить бОльшую силу, во сколько раз увеличится масса. При равномерном движении ускорение равно нулю, а сила, прикладываемая велосипедистом, уравновешивается силой сопротивления воздуха. Масса в этом процессе роли не играет. От нее при равномерном (без ускорения) движении по строго горизонтальной поверхности зависит лишь сила сопротивления качению, но по сравнению с силой сопротивления воздуха она многократно меньше.
Я наверное должен слегка конкретизировать цель своего вопроса - меня интересует, на сколько процентов изменятся энергозатраты при игре массами велосипеда/груза имеющегося у велосипедиста.
На практике я хочу применить это к бреветам. При прохождении больших дистанций велосипедист неизбежно тратит кучу энергии (калорий), которую восполняет питанием в пути. Понятно что облегчить велосипед в теории поможет тратить калорий меньше, вопрос - насколько и будет ли стоить овчинка выделки. В то же время было бы интересно понять - насколько больше я потрачу энергии если захочу с собой взять на условный килограмм груза больше (скажем, положить с собой куртку/дождевик/теплые вещи или повесить багажник).
Иными словами, было бы здорово выяснить что то вроде "-1 кг на велосипеде уменьшает энергозатраты на Х%, а каждый килограмм вещей с собой повышает их на У%".
Понятно что для полноценного расчета было бы здорово знать и все ветра, и аэродинамику конкретного велосипедиста на конкретном велосипеде и множество других показателей, но это сильно усложнит задачу в виде большого количества вводных.
Вот опять. Масса влияет на силу (работу, мощность) прямопропорционально. На сколько увеличится, с той же кратностью увеличится и сила (работа, мощность). Но! Ты задал в задаче условия равномерного движения и не учитываешь краеугольных факторов движения на велосипеде. В поставленных тобой уловиях масса вообще не играет роли. Нет, она играет, конечно, роль, но только в части сопротивления качению покрышек, втулок и трению трансмиссии. А это несоизмеримо мало по сравнению с силой сопротивления воздуху и работой во время подъемов, которые ты отмел в своей задаче. Ну и опять же, равномерное движение оно только в теории существует, а на практике ты будешь постоянно ускоряться/замедляться из-за того же ветра, дорожного покрытия, неравномерности сил, прикладываемых к педалям, а при ускорениях масса играет ту же (прямопропорциональную) роль.
howmuchisthefis писал(а)
А это несоизмеримо мало по сравнению с силой сопротивления воздуху и работой во время подъемов, которые ты отмел в своей задаче. Ну и опять же, равномерное движение оно только в теории существует, а на практике ты будешь постоянно ускоряться/замедляться из-за того же ветра, дорожного покрытия, неравномерности сил, прикладываемых к педалям, а при ускорениях масса играет ту же (прямопропорциональную) роль.

*cheshet repu*
Понял. То есть более-менее точный расчет возможен только для конкретного маршрута в конкретный день (ибо ветра и ускорения/торможения повторить в точности невозможно) и ввиду своей неповторимости не будет иметь практического смысла.
Точный расчет возможен только одним единственный способом - с помощью измерителя мощности, который будет в непрерывном режиме считать прикладываемую тобой к педалям мощность. На бумаге ты никак не смоделируешь конкретные реальные условия. Так-то, если тебе просто грубо понять последствия лишнего веса, то прими его как прямопропорциональную величину. Т.е. во сколько раз изменишь массу, во столько раз будешь прикладывать больше сил при условии прохождения маршрута за то же время. Но в зависимости от ветра, уклона и состояния дорог эта разница может оказаться и намного больше, и намного меньше.
Теоретический приближенный расклад очень прост. Начинается все со второго закона Ньютона (F = m*a), где F - сила, m - масса, a - ускорение. Работа - А = F*s, где s - расстояние перемещения.
Мощность - N=A/t где t время. Все величины считаются в СИ (метры, секунды, килограммы, джоули).
При подъемах и спусках можно использовать закон сохранения энергии. Кинетическая - E=mv^2/2 , потенциальная - mgh, где h - относительная высота, на которую надо затолкать велосипедиста с велосипедом. Поскольку забираешься ты не вертикально вверх , можешь заморочиться с проекциями векторов скорости. Трением покрышек, втулок и элементов трансмиссии можно пренебречь.
Orc [F2]
19.02.2021
Пониженное давление в покрышках, широкие и тяжелые колеса снизят твою скорость намного сильнее, чем лишний килограмм груза. К тому же, тут не затронут вопрос о характере груза - если это еда, то она расходуется в пути.
Это понятно, что на бревет давление побольше, покрышки поуже, а 100 грамм на колесе это как 1 кг на раме. Цель не в увеличении скорости, бревет - не гонка.
Otool
19.02.2021
Кручу станок под Джиру, там Курдюков рассказывал, что каждый килограмм веса, это -6 сек в крутой подъём.
И ещё - сопротивление воздуха порядка 70 % всех потерь, растёт в квадрате от скорости.
Например, при свободном падении парашютиста примерно через 10 с достигается равновесная скорость порядка 50 м/с, когда сила тяжести уравновешена сопротивлением воздуха.
Таким образом, эффективнее уменьшать мидель, а не ловить блох на граммах.
kostrov
21.02.2021
При движении по горизонтали, масса забирает энергию лишь при разгоне. При этом, грамм на колесе накапливает ее лишь в два раза больше, чем грамм на раме.
При движении по горкам, энергия, потраченная на подъем дополнительной массы, возвращается на спусках. Возвращается не вся. Теряется в подшипниках, покрышках и дорожной пыли. Потери на аэродинамику от массы не зависят. Разве что, когда масса влияет на форму. (Поел суп - наел круп.)
PS Аэропотери можно уменьшить, придав "экипажу" обтекаемую вытянутую форму. Однажды заметил, что с велоприцепом "дистанцию" прохожу быстрее, чем без него.
_nervnvs
19.02.2021
Andrey Af
19.02.2021
Кто-то пошел по стопам известного тут шоссейного любителя быстрой езды?
Моё мнение, что нельзя пренебрегать сопротивлением воздуха (на скоростях 20 км/ч как раз является основным в потерях), рельефом и неровностями самого полотна (сказывается иногда не хуже небольшого рельефа), также стиля езды (на сколько траектория прямая, как жмутся педали и т.д.). И 10 кг велосипеда- это довольно легкий шоссер с минимальным багажом или относительно топовый найнер, при этом сильнее скажется вес гонщика и его прокачанность в плане физухи и опыт в распределении сил.
Затраты в калориях тоже несколько зависят от длительности езды- что обсуждаем? 1 км, 10 км, 100 км, 1000 км? Просто по физиологии организм будет работать в разных режимах. Например, на короткие дистанции (мне до 100 км точно) даже жрачки не надо.
Andrey Af писал(а)
Моё мнение, что нельзя пренебрегать сопротивлением воздуха (на скоростях 20 км/ч как раз является основным в потерях)

С мнением согласен, но проблема на мой взгляд заключается в том, что управлять направлением ветра и аэродинамикой все равно не получится. А поскольку заранее просчитать ветра, их силу и продолжительность на маршруте невозможно, смысл их учитывать?
Затраты в калориях обсуждаются в контексте бреветов и их дистанций.
kostrov
21.02.2021
Qwertyempty писал(а)
Интересуют естественно не конкретные цифры а формулы для выполнения расчетов.

Формулы настолько сложны и приблизительны, что затем используют аэродинамические трубы. ((
Недавно улыбнул ориентировочный расчет, встретившийся на habre.ru.
kostrov
21.02.2021
PS Надо же, наврал! ((
Ниже правильная ссылка флуд. Где-то там в комментариях встречаются формулы. По теме навара они не дадут, но почитать и о жизни подумать позволят. )
habr.com/ru/post/543174/
Новая тема
Вы не можете создавать новые темы.
Т.к. вы неавторизованы на сайте. Пожалуйста назовите себя или зарегистрируйтесь.
Список тем
Последние темы форумов
Форум Тема (Автор) Последний ответ Ответов