55 votos

Lo que permite que un pull-back en el coche de juguete a la unidad más allá de lo que fue empujado?

Imagina que tienes un tire hacia atrás el coche de juguete. Su parte trasera es de $x_0$. Usted empuje hacia abajo y mover en la parte de atrás de la dirección: car1

A continuación te dejo el coche para alejarse: car2

Luego de marcar la posición final por $x_1$: car3 Digamos, que la distancia que han empujado el coche es $d_1$ y la distancia a la que el coche ha recorrido es $d_2$.

Como se puede ver, el coche ha viajado más que antes (igual que $d_1 < d_2$). Si no lo crees, compruébalo tú mismo. ¿Por qué sucedió eso? La ley de conservación de la energía nos dice que la energía no puede ser creado de la nada.

¿Qué ha pasado?

P. S.

Lo siento por mi genial habilidades para el arte.

94voto

christo16 Puntos 2546

Son usted está esperando que si sacas el coche hacia atrás $30\ \mathrm{cm}$ , a continuación, suéltelo, se debe avanzar $30\ \mathrm{cm}$? Por qué? La mayoría de los coches de juguete no se mueve en absoluto.

Si usted pone una piedra en una catapulta, tire de ella a $30\ \mathrm{cm}$ , a continuación, suéltelo, se avanza mucho más allá de $30\ \mathrm{cm}$. Si usted hizo esto en el espacio vacío de la piedra podría seguir indefinidamente.

La energía no ha sido creado de la nada. Usted ha hecho el trabajo en contra de la catapulta, el almacenamiento de energía elástica. Cuando suelte la catapulta, la almacena energía elástica se transforma en energía cinética de la piedra, que se disipa en forma de calor y el sonido como la piedra que vuela por el aire y golpea a un objetivo. Si no hay resistencia del aire o la fricción, y nada impide la piedra, su energía cinética permanece constante para siempre – su velocidad no cambia, va infinitamente más de $30\ \mathrm{cm}$.

El coche de juguete es el mismo. En lugar de una banda elástica, que contiene un resorte. Empujando hacia abajo involucra una rueda de engranaje. Al empujar el carro de juguete hacia atrás de viento de la primavera rápidamente con un relativamente gran fuerza. Usted hace el trabajo, la energía elástica almacenada en el resorte. Cuando el coche se lanza, los resortes de copia de seguridad y una diferente engranaje de la rueda se dedica. Ahora que la primavera se desenrolla en sí poco a poco, el suministro de una pequeña fuerza para el coche de juguete. (Ver Nota.) Energía elástica se transforma en energía cinética del coche, que es disipada por la fricción. El coche pierde su energía cinética poco a poco; se ralentiza y se detiene. Si no hay fricción, el coche se va a mantener de forma indefinida en una superficie plana.

No es la distancias que usted necesita comparar, pero el trabajo realizado, que es la fuerza multiplicada por la distancia. Te dan el coche energía potencial elástica empujando con una gran fuerza a través de una distancia corta. La pequeña fuerza de fricción que lleva energía a través de una distancia mucho más prolongada después de que se ha transformado en energía cinética.

Suponga que la fuerza de fricción es $0.1\ \mathrm N$ y empujar el coche hacia atrás con una fuerza de $5.1\ \mathrm N$ a través de una distancia de $30\ \mathrm{cm}$. Entonces, usted ha hecho $5.1\ \mathrm N \times 0.3\ \mathrm m = 1.53\ \mathrm{Nm}$ de trabajo. La fricción funciona en ambas direcciones por lo $0.1\ \mathrm N \times 0.3\ \mathrm m = 0.03\ \mathrm{Nm}$ el trabajo que usted realiza es en vano empujando contra la fricción. El resto de los $1.50\ \mathrm{Nm}$ de la energía se almacena en el resorte. Cuando el coche está en libertad, se transforma en la energía cinética del coche. La fuerza de fricción de $0.1\ \mathrm N$ desacelera el vehículo. Usted puede esperar que el coche vaya a una distancia de $15\ \mathrm m$ antes de parar porque de $0.1\ \mathrm N \times 15\ \mathrm m = 1.5\ \mathrm{Nm}$.

El coche se $50$ veces más delanteros que se mueven hacia atrás. Pero no ha creado ninguna energía. De hecho, la energía se perdió empujando contra la fricción. Sólo $1.50\ \mathrm{Nm}$ de la $1.53\ \mathrm{Nm}$ de la energía que se suministra se utiliza para mover el vehículo hacia adelante.


Nota: Cuando el resorte está completamente desenrollado que se desprende de las ruedas para que el coche avanza libremente en lugar de la bobina de la primavera de copia de seguridad. Eso es como la catapulta que suelta la piedra; de lo contrario, la piedra estirar el elástico de nuevo y seguir oscilando hasta que su energía cinética se utiliza.

29voto

Joseph Leedy Puntos 108

Funciona como el dibujo de abajo. Cuando usted empuje hacia abajo y hacia atrás en el vehículo, una alta relación de engranaje de mallas de que los vientos de la primavera, así que un par de centímetros hacia atrás empuje vueltas las ruedas del coche de vuelta un par de vueltas y los vientos de la primavera de varias vueltas. Cuando suelte el coche, el cuerpo ascensores. Este des-mallas de la primera marcha y las mallas de una baja relación de engranajes en su lugar, por lo que varios de desenrollado gire a las de la primavera resultados en muchos delanteros vueltas de las ruedas. Ignorar la correa de transmisión que he insertado entre el equipo generalmente ambos engranajes de malla con sólo una unidad de la rueda - pero que habría hecho mi boceto desordenado y difícil de comprender.

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Tal vez un poco como esta en la realidad.

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10voto

Ohnomydisk Puntos 26

tl;dr El coche de juguete puede avanzar más, porque no siendo resistido por la misma fuerza de resistencia. Por el contrario, los péndulos son resistidas por igual de la fuerza de resistencia, así que voy a ir, no hay más que tirar de ellos hacia atrás.


No es un péndulo.

Imagina un péndulo colgando todavía en el centro. Eso es como el coche de juguete.

Si tiran el péndulo, que es como la liquidación de los coches de juguete. Si se suelta, que va a lanzar hacia adelante, como el coche de juguete.

El péndulo va sin ir más lejos, pasado el centro que se retiró, porque es almacenar energía potencial gravitatoria como esto va de la mano. El coche de juguete, por el contrario, no es el almacenamiento de energía en un segundo de la primavera para lanzar hacia atrás en la dirección opuesta; es simplemente dejar que su energía cinética transporta.

4voto

a.t. Puntos 141

Creo que un par de detalles ocultos en unclarity de la pregunta. Muy bonito dibujo las habilidades de hecho, aunque!

Detalle 1

  1. Un volante de inercia es una rueda con una misa que comienza a rotar, y almacena su energía como energía cinética (rotación de energía).
  2. Un resorte de torsión almacena su energía como la energía mecánica de la liquidación de la primavera. Esta energía potencial.

Creo que el coche que hablar, que va hacia adelante cuando se tira de la espalda, no utiliza un volante de inercia, pero en realidad utiliza un resorte de torsión. como se muestra en el enlace proporcionado por Josué Ronis en los comentarios.

Detalle 2

El coche que ha esbozado se mueve a lo largo de una superficie horizontal. Eso significa que no recibe la energía potencial gravitatoria cuando se mueve hacia adelante (traduce). (Hace perder un poco/la totalidad de su energía en: aire-fricción(principalmente), la fricción de rodadura(principalmente), la creación de ruido(pequeño), y creo que la temperatura de la radiación (pequeño).

Respuesta

Así, por ejemplo, si no hay fricción, ya una vez que el coche se ha acelerado en la dirección de avance, el coche se acaba de seguir viajando en adelante y para siempre, (un poco como los satélites en órbitas de alta que aparecen a ir para siempre, ya que la experiencia de muy poca fricción (cuando todo lo que necesitaba era un impulso inicial por un cohete cuando se levantan existe {en realidad "llegar hasta allí y dar el impulso inicial" es generalmente mezclado de eficiencia energética a pesar de que}).

Por lo tanto, el coche, de hecho pueden viajar más allá de su punto inicial de empuje hacia atrás. Lo que implica es que las fuerzas de rozamiento que experimenta son inferiores a los de las fuerzas que se generan por el volante de inercia/muelles de torsión de la energía potencial(a través de la distancia hasta el punto de partida). Las fuerzas que pueden ser creados por el volante/muelles de torsión (más de la distancia hasta el punto de partida) debe ser menor que el de las fuerzas que pone en ella con su mano al rodar hacia atrás (debido a la conservación de la energía y de la vida real {mecánica} de energía las pérdidas por conversión).

Descripción matemática de la respuesta

Esto podría ser matemáticamente se describe con: $s=\frac{1}{2}\cdot a\cdot t^2$ donde:

  • $s$ = distancia recorrida por el vehículo en $m$
  • $a$ = aceleración en $\frac{m}{s^2}$ (procedente de la $f-d=m\cdot a$)
  • $f-d$ = la aceleración de la fuerza en newtons creado desde el volante/de torsión de la primavera - el arrastre del coche experiencias de la fricción.
  • $m$ = masa del vehículo en $kg$
  • $t$ = tiempo en segundos

Que puede ser reescrito para: $s=\frac{1}{2}\cdot \frac{f-d}{m}\cdot t^2$ por lo tanto, si la fuerza de $f$ es lo suficientemente grande, y el arrastre $d$ es lo suficientemente pequeño, $s$ será arbitrariamente grande, si el tiempo se convierte en lo suficientemente grande. (En realidad, $f$ es una función de tiempo que va de 0 en una forma no lineal).

3voto

Josh Diehl Puntos 138

La primavera es lo que almacena la energía que se transforman a partir de su energía mecánica pulsando de nuevo el coche.

Ahora el volante tiene que ser muy pesados, más pesados, a continuación, el propio coche, por lo tanto, cuando usted suelte el coche, la primavera se transforma de nuevo la almacena energía potencial sobre el volante de inercia, de empezar a rodar.

Ahora, ¿por qué el volante rollo más adelante y luego hacia atrás? Es porque tiene inercia. Cuando usted empuja el coche de vuelta, de carga y de la energía en la primavera, no utilice el volante (y su inercia) para mover el coche en todo, usted sólo tiene que utilizar su fuerza mecánica.

Cuando suelte el coche, el volante es de hecho la rodadura y su inercia es lo que arrastra el coche hasta que la rueda se pierde esta inercia causada por la desaceleración debido a la fricción en el eje (causada realmente por la gravedad).

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