Betrachten Sie den Fall eines beschleunigenden Motorrads, der Motor wandelt potenzielle Energie in mechanische Energie um, die verwendet wird, um ein Newton-Kräftepaar des dritten Gesetzes an der Aufstandsfläche des Hinterreifens zu erzeugen, eine Rückwärtskraft, die von der Aufstandsfläche auf das Dröhnen ausgeübt wird und mit a koexistiert die von der Fahrbahn ausgeübte Kraft nach vorne auf die Aufstandsfläche. Nehmen Sie zur Vereinfachung an, dass es keine Verluste im Prozess, keinen Luftwiderstand, keinen Rollwiderstand usw. gibt, sodass jede Verringerung von PE (chemische potenzielle Energie des Kraftstoffs / der Batterie) zu einer Erhöhung von KE (kinetische Energie) führt. .
Das „abstrakte“ Objekt ist in diesem Fall die Aufstandsfläche des Hinterreifens. Obwohl an der Aufstandsfläche keine Relativbewegung zwischen Reifenoberfläche und Fahrbahn stattfindet (Haftung), bewegt sich die Aufstandsfläche selbst mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Motorrad (unter Vernachlässigung lastbedingter Verformungen). Dies ist einfacher zu visualisieren, wenn Sie den Flächenmittelpunkt der Aufstandsfläche als Momentanposition der Aufstandsfläche verwenden.
Die Straße kann keine Kraft erzeugen, aber der Angriffspunkt der Kraft, die die Straße auf die Aufstandsfläche ausübt, bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Motorrad. Die Leistung könnte also als die von der Straße ausgeübte Kraft multipliziert mit der Geschwindigkeit des Angriffspunkts dieser Kraft, der Aufstandsfläche, angegeben werden, was der Geschwindigkeit des Motorrads entspricht (unter der Annahme einer ebenen Straße).
Die Straße kann auch keine Arbeit leisten, aber die integrale Summe aus Kraft (gegenüber der Position der Kontaktfläche) mal der Entfernung, die sich die Kontaktfläche bewegt, könnte verwendet werden, um die geleistete "Arbeit" zu berechnen, die vom Motor stammt.
Diesbezüglich habe ich nochmal nachgedacht. Leistung = auf das Motorrad ausgeübte Kraft · Geschwindigkeit des Motorrads. Die Tatsache, dass sich die Straße nicht bewegt, wirkt sich nicht auf die Fähigkeit der Straße aus, eine Kraft auf das sich bewegende Motorrad auszuüben, da sie die Kraft auf die Aufstandsfläche des Reifens ausübt, wo sich die Lauffläche nicht in Bezug auf die Straße bewegt, sondern sich mit dem Negativen der Motorradgeschwindigkeit in Bezug auf das Motorrad bewegt. Aufgrund der Rollbewegung und des Drehmoments des Motors übertragen Reifen und Rad des Motorrads die Kraft von der Straße auf die Hinterradachse mit der gleichen Kraft von der Straße und mit der Geschwindigkeit des Motorrads. Die Straße könnte als Teil der Kraftübertragungssequenz betrachtet werden, die die Kraft des Motors nutzt, um das Motorrad zu beschleunigen.
In diesem Fall ist die Geschwindigkeit der Aufstandsfläche gleich der Geschwindigkeit des Motorrads, aber stellen Sie sich eine Trommel vor, die durch einen durchdrehenden Reifen winklig beschleunigt wird. In diesem Fall bewegt sich die Aufstandsfläche nicht, die Oberfläche der Trommel jedoch. Die Trommel könnte durch ein Kabel ersetzt werden, das sich zwischen zwei Spulen schlingt, so dass die Beschleunigung des Kabels am Kontaktpunkt linear ist. In diesem Fall bewegt sich die Kontaktfläche nicht und Leistung = auf das Kabel ausgeübte Kraft · Geschwindigkeit des Kabels.
Die Tatsache, dass sich die Reifenoberfläche in Bezug auf die Straße an der Aufstandsfläche nicht bewegt, ist der Grund dafür, dass eine sich nicht bewegende Straße eine Kraft auf ein fahrendes Motorrad ausüben kann.
Was ich also als abstraktes Objekt bezeichne, bezieht sich nur auf etwas, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt wie das Objekt, auf das die Kraft ausgeübt wird, und war mein Versuch, mit der Rollbewegung des Hinterreifens umzugehen das Motorrad.
Der Kraftangriffspunkt an der Aufstandsfläche hat Konsequenzen, wie zum Beispiel einen Wheelie bei ausreichender Beschleunigung.
Aus streng physikalischer Sicht wandelt die Schnittstelle zwischen Reifen und Straße die Winkelleistung (Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit) in lineare Leistung (Kraft x Lineargeschwindigkeit) um, sodass keine Netzwerkarbeit erfolgt. Es ist jedoch üblich, die Leistung des Hinterrads bei einem Motorrad anzugeben, und dies kann als Kraft mal Geschwindigkeit berechnet werden. Dies kann mit einem Rollenprüfstand erfolgen, aber es ist auch möglich, die Kraft durch Drehmomentsensoren (Transducer) zu bestimmen, wodurch die Leistung des Hinterrads während der Fahrt in Echtzeit bestimmt werden kann, und einige Fahrer kaufen die Ausrüstung, die Drehmomentsensoren und Datenaufzeichnung umfasst für ihre (Renn-) Bahnräder.
Das vom Motor auf das Rad ausgeübte Drehmoment verursacht eine Rückwärtskraft auf der Straßenoberfläche. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz bewirkt die Rückwärtskraft auf der Straße eine gleiche Kraft, die nach vorne auf den Reifen an der Straße wirkt, an der Stelle, die Sie als "Aufstandsfläche" bezeichnen. Diese nach vorne wirkende Kraft entsteht durch Haftreibung zwischen Reifen und Fahrbahn. Dabei gleicht sich die Rückwärtskraft solange der maximalen Haftreibungskraft an nicht überschritten wird, dann rutscht der Reifen. Für die maximale Haftreibungskraft ist der Haftreibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße und ist die auf das Antriebsrad wirkende Normalkraft aufgrund des Teils des Motorradgewichts, der auf das Antriebsrad wirkt.
Unter der Annahme, dass kein Luftwiderstand, kein Rollwiderstand oder andere externe (auf das Auto gerichtete) Kräfte auf das Motorrad einwirken, ist die Haftreibungskraft die einzige externe Kraft, die auf das Motorrad einwirkt, und ist daher direkt dafür verantwortlich, es vorwärts zu treiben. Tatsächlich arbeitet die Straße am Auto, um es vorwärts zu treiben.
Diese Tatsache ist etwas schwer zu verstehen, da die Straße eindeutig keine Energiequelle ist. Die Quelle ist der Motor, der die Rückwärtskraft auf der Straße erzeugt, die wiederum die Vorwärtshaftreibungskraft erzeugt, die für die Arbeit verantwortlich ist. Die Energie kommt also aus dem Kraftübertragungssystem, das die Energie von der Quelle (Kraftstoff im Motor) aufgrund einer Reihe von Wechselwirkungen auf das Auto überträgt, was letztendlich zur statischen Reibungskraft der Straße führt, die auf das Auto wirkt.
Hoffe das hilft.
Leistung ist definiert als: die Rate, mit der Arbeit verrichtet wird oder die Rate, mit der Energie von einem Ort zum anderen übertragen oder von einer Art in eine andere umgewandelt wird. https://physics.info/power/
„die Geschwindigkeit, mit der die Arbeit erledigt wird“, ist durch die Formel gegeben Wo ist die Geschwindigkeit des Materials am Angriffspunkt der Kraft. Im Beispiel eines verlustfreien Motorrads ist der Angriffspunkt der Kraft die Unterseite des Reifens, die hat .
Genau dieser Punkt steht jedoch in Frage. Ist die richtige Geschwindigkeit zur Berechnung der Leistung gleich der Geschwindigkeit des Materials an der Aufstandsfläche oder gleich der Geschwindigkeit der Aufstandsfläche? Um dies zu lösen, werden wir uns daher die anderen Teile der Definition ansehen, um zu sehen, ob eine Interpretation von stimmt eher mit dem Rest der Definition überein als mit dem anderen.
„die Geschwindigkeit, mit der Energie von einem Ort zum anderen übertragen wird“. Aufgrund der Energieerhaltung würde sich bei einer Energieübertragung an der Aufstandsfläche die Energie des Autos ändern. Da sich die Energie des Autos nicht ändert, ist es klar, dass die Rate, mit der Energie über die Aufstandsfläche übertragen wird, Null ist. Nach diesem Teil der Definition ist die Leistung also Null. Dies steht im Einklang mit die Geschwindigkeit des Materials an der Kontaktstelle darstellt, aber nicht damit übereinstimmt repräsentiert die Geschwindigkeit der Kontaktfläche.
Es gibt passive Geräte, die Kraft von einem Ort zum anderen übertragen, wie Wellen, Seile, Zahnräder und Hebel. Bei all diesen Geräten gibt es jedoch eine Stelle auf dem Gerät, an der es positiv ist getan wird und ein anderer, wo ein (idealerweise) gleicher Betrag negativ ist erledigt. An der Kontaktstelle ist dies nicht der Fall.
„oder von einer Art in eine andere umgewandelt“. An einer typischen Kontaktstelle erfolgt die einzige Energieumwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie. Nach Annahme ist das in diesem Fall Null. Bei diesem Problem findet die einzige Energieumwandlung im Motor statt, wo Energie von potentieller zu mechanischer umgewandelt wird. Es ist daher sinnvoll, trotz der Konstanz der Gesamtenergie des Fahrzeugs von der Kraft des Motors zu sprechen. Aber an der Kontaktstelle ist jede Energie mechanisch und bleibt mechanisch. Dieser Teil der Definition ist also auch konsistent mit die Geschwindigkeit des Materials an der Kontaktstelle darstellt, aber nicht damit übereinstimmt repräsentiert die Geschwindigkeit der Kontaktfläche.
Daher geben die beiden anderen Teile der Leistungsdefinition an, dass die von der Kontaktfläche bereitgestellte Leistung Null ist. Dies entspricht der Definition, dass ist die Geschwindigkeit des Materials an der Kontaktstelle.
Der Grund, warum diese Frage so viele Leute täuscht, ist, dass die Kraft von der Straße den Schwung des Motorrads verändert. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass Impuls und Energie unterschiedliche Konzepte sind. Sie sind verwandt, aber nicht gleich. Eine Kraft ist die Änderungsrate des Impulses, nicht die Änderungsrate der Energie. Daher ist es möglich, dass eine Kraft den Impuls eines Objekts ändert, ohne seine Energie zu ändern. Dies ist ein Beispiel, obwohl es viele andere ähnliche Beispiele gibt.
Am Ende wird die mechanische Leistung durch eine Kraft übertragen wird immer mit der Geschwindigkeit des Materials berechnet, auf das die Kraft ausgeübt wird, die für das Motorradbeispiel Null ist.
David Weiß
Benutzer65081
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