Làm thế nào tôi có thể cải thiện lực kéo trên một chiếc xe có bánh xe nhưng vẫn giảm ma sát?

Điều này được lấy cảm hứng từ một dự án tôi đã thực hiện cho lớp Vật lý của tôi năm ngoái; Tôi muốn áp dụng nó trong tương lai.

Bối cảnh: Đối với dự án, tôi và một vài bạn học được yêu cầu chế tạo một chiếc xe nhỏ chạy bằng bất kỳ nguồn nào; chúng tôi đã chọn một cái bẫy chuột quay hai bánh sau trên một chiếc xe bốn bánh khi nó được phát hành. Mục tiêu của nhóm chúng tôi là làm cho chiếc xe đi càng xa càng tốt.

Một vấn đề là nguồn điện không phải là hằng số. Cánh tay đòn của cái bẫy nhấc lên trong một vòng cung trong khoảng năm giây, sau đó trở về vị trí nghỉ ngơi. Trong thời gian này, nó đẩy chiếc xe. Chiếc xe sau đó dừng lại cho phần còn lại của con đường.

Trong giai đoạn cung cấp năng lượng, chúng tôi muốn tăng lực kéo. Các bánh xe là đĩa CD (vì chúng tôi có ngân sách $ 5,00), có xu hướng quay ra. Vì vậy, chúng tôi gắn các mảnh vải với chúng để có lực kéo tốt hơn. Tuy nhiên, ở giai đoạn thứ hai, chúng tôi thấy rằng tấm vải này làm chậm chiếc xe khá nhiều vì nó làm tăng đáng kể ma sát (như chúng tôi đã phát hiện ra sau vài giờ thử nghiệm các kết hợp khác nhau).

Các nhóm khác đã sử dụng băng keo để che các bánh xe và một số bản ghi đã sử dụng, dường như làm tốt hơn một chút so với đĩa CD (mặc dù điều đó đã vi phạm các hạn chế kích thước). Vải dường như có lực kéo tốt nhất, mặc dù vậy - chúng tôi đã không có nhiều vòng quay. Các bài kiểm tra đã được thực hiện trên một lớp học điển hình (Tôi không chắc nó được làm từ gì - vải sơn? - nhưng nó giống như ở hầu hết các trường học, ít nhất là ở Mỹ).

Trong một chiếc xe có bánh xe nói chung - rõ ràng không chỉ là một chiếc xe nhỏ chạy bằng bẫy chuột - làm thế nào tôi có thể cải thiện đáng kể lực kéo trên các bánh xe trong khi nguồn điện vẫn bật mà vẫn giảm ma sát trong khi nó chạy? Có đơn giản như chọn một số lốp xe, hoặc có một giải pháp kỹ thuật lớn hơn và tốt hơn?

Như là một kết thúc cuối cùng: Tôi nghĩ rằng sẽ có một trung tâm thay đổi khối lượng cho chiếc xe, trong đó các bánh xe trợ lực có xu hướng trượt ít hơn và các bánh trước gần như không ma sát. Trong giai đoạn cung cấp năng lượng, trung tâm của khối sẽ ở gần phía sau, trong khi ở giai đoạn lên bờ, nó sẽ ở gần phía trước. Điều này có thể giúp giảm lực bình thường lên các bánh xe nhất định và do đó tạo ra hoặc tránh ma sát thêm.

Bạn cần kiểm soát tốc độ bạn áp dụng sức mạnh. Một số loại cơ chế giảm xóc sẽ cho phép năng lượng được áp dụng dần dần và không làm cho nó quay ra ngoài.

Bạn có thể thử và quấn 'chuỗi năng lượng' trên các ròng rọc có kích thước khác nhau để bạn thay đổi tỷ số truyền. Nếu bạn đã sử dụng một hình nón, nó sẽ tương tự như CVT khi bắt đầu, bạn sẽ có tỷ số truyền thấp để di chuyển sau đó khi dây kéo xuống hình nón, nó sẽ đẩy chiếc xe nhanh hơn thay vì chỉ quay ra.

.

Chỉnh sửa: Bạn có thể đoán tỷ số truyền hoặc sử dụng một số thống kê cơ bản để tìm ra hệ số ma sát và cách tránh trượt trong khi áp dụng mô-men xoắn.

Lực ma sát có liên quan đến loại bề mặt và loại vật liệu. Lực kéo có liên quan đến lượng ma sát mà bánh xe có thể tạo ra cũng như trọng lượng tác dụng lên bánh xe. Đây cách-thứ-tác phẩm bài viết làm một công việc khá tốt ở bao gồm các mối quan hệ giữa hai thuộc tính.

Một quan niệm sai lầm phổ biến là diện tích bề mặt ảnh hưởng đến lực kéo của bánh xe. Và những chiếc xe đua phong cách dragster đôi khi được trích dẫn là một ví dụ về việc chứng minh điểm đó. Những chiếc xe đó có lốp phía sau đặc biệt rộng khi nghỉ ngơi nhưng trở nên hẹp hơn khi tốc độ quay của chúng tăng lên. Người ta tin rằng điều này có tác dụng tăng lực kéo khởi động, nhưng giảm lực cản lăn khi diện tích của bánh xe tiếp xúc với mặt đất giảm theo tốc độ quay. Tuy nhiên, bài viết này thực hiện tốt công việc giải thích làm thế nào các lực ma sát vẫn giữ nguyên như nhau bất kể diện tích bề mặt.

$F_t = \mu_tmg$$F_f = \mu_fmg$

_{$\mu_t$$\mu_f$}

Làm thế nào tôi có thể cải thiện đáng kể lực kéo trên các bánh xe trong khi nguồn điện vẫn bật mà vẫn giảm ma sát trong khi nó kéo dài?

Xem xét rằng, đối với hầu hết các mục đích, lực kéo thực sự là một chức năng của ma sát, tôi nghĩ rằng giải quyết hai trường hợp tốt hơn là giải quyết một trong tất cả các trường hợp.

Có thể tự động bơm / xì hơi lốp xe? Nếu vậy, xì hơi lốp xe một chút trong khi bật nguồn, sau đó bơm chúng trở lại khi nó có thể làm điều đó.

Ngoài ra, những gì về việc giữ cho bánh xe thêm rút lại, sau đó thả chúng xuống như bánh xe tập luyện của xe đạp khi bạn cần khả năng cơ động nhiều hơn?

Lực kéo, ma sát, địa hình linh hoạt, chọn hai.

Nếu nó hoạt động ở địa hình trơn, nó sẽ cần ma sát cao để cải thiện lực kéo. Nhưng nếu bạn có thể hạn chế địa hình (và giữ gia tốc hợp lý; bạn luôn có thể đổi nó cho ba phần còn lại), bạn có thể cung cấp lực kéo rất tốt với ma sát tối thiểu.

Nói, bánh xe của bạn bị cắt ra như lưỡi cưa, nghiêng về phía sau. Bạn cung cấp một "dải bắt đầu" của bản nhạc giống như cưa với răng hướng về phía trước. Bằng cách đó bạn ngăn chặn tất cả sự trượt mà không phải hy sinh nhiều ma sát. Các bánh xe sau đó có thể đi trên địa hình bằng phẳng thêm một chút ma sát từ bề mặt răng cưa hoặc bạn có thể sử dụng hệ thống kép, "vành" tròn kéo dài qua các răng cưa "được theo dõi", vì vậy khi xe rời khỏi đường đua, nó sẽ di chuyển bánh xe tròn hoàn hảo phần còn lại của con đường.

Ma sát mà bạn đang nói đến khi tham khảo vải sẽ chính xác hơn được gọi là lực cản lăn. Theo một nghĩa thực sự, bạn cần tăng (hệ số ma sát) để tăng lực kéo hoặc tăng lực tác dụng bình thường xuống đất.

$F_t = \mu_tmg$$m$$g$là gia tốc trọng trường. Việc tăng khối lượng sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng tăng tốc của bạn, do đó bạn có thể điều chỉnh thiết kế của mình để chuyển càng nhiều khối lượng hiện có sang các bánh lái càng tốt (xem phần tương tự của dragster, xe rất dài, tất cả trọng lượng đều ở phía sau), chỉ đủ (các) bánh trước chỉ duy trì tiếp xúc với mặt đất khi tăng tốc (xem lại dragster).