Συντελεστής Τριβής στη Φυσική & Τροχαία Ατυχήματα

Transcript

1 Συντελεστής Τριβής στη Φυσική & Τροχαία Ατυχήματα Τριβή Όταν ένα σώμα ολισθαίνει (γλιστράει) πάνω σε μια επιφάνεια, υπάρχει μια δύναμη στο σώμα που αντιστέκεται στην κίνηση του. Η δύναμη αυτή ονομάζεται τριβή ή τριβή ολίσθησης. Η τριβή είναι μια πολύ σημαντική δύναμη γιατί επιτρέπει σε εμάς να περπατάμε, να κρατάμε αντικείμενα στα χέρια μας, στα τροχοφόρα οχήματα να κινούνται, κ.τ.λ. Η τριβή στα υγρά είναι πολύ μικρότερη σε σύγκριση με αυτή μεταξύ δύο επιφανειών στερεών. Στατική τριβή Ο συντελεστής τριβής υπολογίζεται πειραματικά. Ν είναι η κάθετη δύναμη που αναπτύσσεται ανάμεσα στα σώματα που εφάπτονται. Όταν η εξωτερική δύναμη ξεπεράσει την παραπάνω τιμή τότε το σώμα αρχίζει να ολισθαίνει και πλέον ασκείται σε αυτό τριβή ολίσθησης. Η τριβή ολίσθησης είναι λίγο μικρότερη από το μέγιστο της στατικής τριβής γιατί όταν το σώμα αποκτήσει ταχύτητα οι δυνάμεις τριβής ελαττώνονται ελαφρά. Η γενική σχέση της στατικής τριβής είναι η: Τριβή ολίσθησης Τ στατ μ ολ Ν Η τριβή ολίσθησης είναι η δύναμη που αντιστέκεται στην σχετική κίνηση των σωμάτων που εφάπτονται και βρίσκονται σε κίνηση. Λέγεται επίσης και κινητική τριβή. Έχει φορά αντίθετη της κίνησης και μέτρο που δίνεται από την παρακάτω σχέση: Τ ολ = μ σ Ν Όπου μ σ ο συντελεστής τριβής ολίσθησης, σε αντιστοιχία με τον συντελεστή στατικής τριβής. Για όλες τις επιφάνειες με εξαίρεση τις πολύ λείες είναι ελαφρά μικρότερος από τον συντελεστή στατικής τριβής. Ο τύπος αυτός δεν ισχύει για την στατική τριβή, παρά μόνο όταν η στατική τριβή είναι οριακή, δηλαδή το σώμα είναι έτοιμο να κυλήσει. Πρόσφυση ονομάζεται το ποσοστό επαφής μεταξύ δρόμου και ελαστικού, που εξαρτάται από το βάρος του αυτοκινήτου, την κατάσταση του οδοστρώματος τη μορφή και σύνθεση του ελαστικού.

2 Μελέτη Τροχαίας Περίπτωσης Αυτοκίνητο κινείται με πολύ μεγάλη ταχύτητα στην Εθνική Οδό. Κάποια στιγμή ο οδηγός θεωρεί πιθανή την απώλεια ελέγχου του οχήματος και πατά φρένο. Μετά από κάποια απόσταση το αυτοκίνητο σταματά έχοντας αφήσει τα ίχνη της ολίσθησης του στο οδόστρωμα. Η Τροχαία μετρά τα ίχνη και βρίσκει την απόσταση του φρεναρίσματος s = 114 m. Με τη βοήθεια των πινάκων πραγματογνωμοσύνης και παρατηρώντας ότι η μέρα δεν ήταν βροχερή και το οδόστρωμα καινούργιο, η Τροχαία υπολόγισε την αρχική ταχύτητα του αυτοκινήτου. Αν το όριο στο συγκεκριμένο σημείο είναι 120km/h ο οδηγός διέτρεξε κίνδυνο για τη ζωή του; Πρέπει ή όχι να επιβληθεί πρόστιμο για υπέρβαση του ορίου ταχύτητας; S= 114m μήκος ίχνους ολίσθησης μ = 0,70 από τον πίνακα απεικόνισης παράγοντος τριβής

3 u = u o -1/2 α t 2 ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση) (σύμφωνα με την εξίσωση ταχύτητας σε u= u 0 αt => u 0 = αt διότι, σύμφωνα με την εκφώνηση, το αυτοκίνητο τελικά σταματάει. Άρα u τελ = 0 Η διάρκεια του φρεναρίσματος προκύπτει: t= u 0 /a (1) ΣFx= ma (Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα) Η μόνη δύναμη στον άξονα x x είναι η τριβή T=m.a Αλλά: T=μ Ν (σύμφωνα με τον νόμο της τριβής) μ Ν = m a (2) Αλλά στον κάθετο άξονα ισχύει ΣF y = 0 => N-B = 0 => N=B Συνεπώς από την (2) : μ.β= m.a μmg = m a (3) Το διάστημα που διανύεται δίνεται από τη σχέση: s=u 0 t -1/2 at 2 και μέσω της (1) :

4 s = u 0. u 0 /α ½ α(u 0 /α) 2 s = u 2 0 /α ½ α u 2 0 /α 2 s = u 2 0 /α ½ u 2 0 /α s = u 2 0 /2 α s = u 2 0 / 2 μ g και λόγω της (3) : u 0 = u 0 = = 40 m/sec Αντιστοίχηση m/sec σε km /h 10 m /sec 36 km/h 20 m/sec 72 km/h 30 m /sec 108 km/h 40 m/sec 144 km/h Η ταχύτητα των 40m/sec αντιστοιχεί σε 144 km/h. Το όριο στην Εθνική Οδό είναι 120 km/h. Συνεπώς θα πρέπει να επιβληθεί πρόστιμο υπέρβασης ορίου ταχύτητας.

5 Αλλαγή ελαστικών Θα έχετε ακούσει ίσως κάποιους οδηγούς να συζητούν για την εναλλαγή των εμπρόσθιων µε τους πίσω τροχούς ενός οχήματος. Αν ρωτήσετε τους οδηγούς αυτούς ή τους εργαζόμενους σε ένα κατάστημα ελαστικών θα πάρετε την απάντηση ότι αυτό η διαδικασία πρέπει να γίνεται για να έχουμε ομοιόμορφη φθορά σε όλα τα λάστιχα. Γιατί άραγε να συμβαίνει όμως αυτό αφού και τα τέσσερα λάστιχα κινούνται στους ίδιους δρόμους, υπό τις ίδιες συνθήκες και μάλιστα σε όλα τα λάστιχα εφαρμόζονται τα φρένα του αυτοκινήτου. Ας δούμε τι γίνεται στο φρενάρισμα ενός οχήματος. Όταν ένα αυτοκίνητο φρενάρει οι τροχοί μπλοκάρουν και αναπτύσσονται από το οδόστρωμα στα ελαστικά δυνάμεις τριβής ολίσθησης που είναι ανάλογες της κάθετης δύναμης. Λόγω των δυνάμεων τριβής στο αυτοκίνητο αναπτύσσεται µία ροπή που τείνει να στρέψει το αυτοκίνητο προς τα εμπρός. Οι περισσότεροι οδηγοί θα έχουν παρατηρήσει αυτό το µμπροστινό «σκύψιμο» του αυτοκινήτου σε απότομα φρεναρίσματα. Για να εξουδετερωθεί αυτή η ροπή η κάθετη δύναμη στους µμπροστινούς τροχούς είναι µμεγαλύτερη.η τριβή ολίσθησης όπως είπαμε είναι ανάλογη της κάθετης δύναμης Τ=µ.Fκ και έτσι οι μπροστινοί τροχοί δέχονται μεγαλύτερη τριβή από το οδόστρωμα µε αποτέλεσμα την ταχύτερη φθορά τους.

6 Κίνδυνοι οδήγησης με φθαρμένα ελαστικά. Τα φθαρμένα ελαστικά δεν έχουν αρκετό πέλμα, που μπορεί να οδηγήσει σε μια έκρηξη ή άλλες μορφές ζημιών του οχήματος, ειδικά όταν πρόκειται για τις λακκούβες σε υψηλές ταχύτητες χωρίς καμία προειδοποίηση. Τα φθαρμένα λάστιχα τείνουν να φθείρονται πιο εύκολα, γεγονός που καθιστά τον έλεγχο του οχήματος δύσκολο σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Λόγω το χαμηλού ποσοστού πρόσφυσης πέλματος, η διακίνηση σε ένα όχημα γίνεται περισσότερο δύσκολη από ό,τι συνήθως. Η χρήση φθαρμένων ελαστικών σε συνθήκες χιονιού ή παγετού είναι επικίνδυνη, μιας και η μικρότερη τριβή θα αναγκάσει το όχημα να ολισθήσει σε περίπτωση ισχυρών ανέμων. Είναι σχεδόν αδύνατο να φρενάρει με ασφάλεια κατά τη διάρκεια καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, και αυτό συνήθως τελειώνει με καταστροφικά αποτελέσματα. Παρομοίως, η οδήγηση σε χειμερινές συνθήκες, χρησιμοποιώντας φθαρμένα ελαστικά σε βρεγμένους δρόμους μέσα στη βροχή είναι επικίνδυνη και μπορεί να εξαναγκάσει το όχημα να ολισθήσει. Μπορεί να προκαλέσει ακόμη και το όχημα να «πατινάρει», καθιστώντας σχεδόν αδύνατο τον έλεγχο του.

7 Βιβλιογραφία Φυσική Γενικής Παιδείας Α Λυκείου Ο ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ, τόμος 3, Σπ. Γεωργούσης Μαθήτριες Α Λυκείου: Καραμούτη Ελένη, Ορταντζόγλου Αικατερίνη, Τάσκα Αικατερίνη, Τρέβλα Θεοδώρα. Επιβλέπων καθηγητής: Δούκας Κωνσταντίνος ( Φυσικός)