KURZUS: Rakományrögzítés

MODUL: A rakománybiztosítás fizikája

1. lecke: Tömeg, sebesség, gyorsulás

| Minden test nyugalomban marad, vagy megtartja egyenes vonalú egyenletes sebességű mozgását mindaddig, míg egy másik test ennek megváltoztatására nem kényszeríti.
Ebben a fejezetben azokkal a fizikai alapokkal foglalkozunk, amelyek a rakományrögzítés kiszámítását lehetővé teszik. 1687-ben Isaac Newton kiadta híres művét (A természetfilozófia matematikai alapelvei), amelyben megfogalmazta a mozgással kapcsolatos három alapvető axiómát. Ezek a mozgással kapcsolatos törvények alkotják a klasszikus mechanika alapjait.
Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató felidézze azon fizikai szabályrendszereket, melyek az áru szállítása során fellépő igénybevételek elemzéséhez elengedhetetlenek. A lecke elsősorban azokat a fizikai alapismereteket eleveníti fel, amelyek továbbgondolva alapját képezik a rakományrögzítésnek.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
emlékezetből képes definiálni a tananyagban található alapfogalmakat, képes a tanultaknak megfelelően a kapcsolatos fizikai törvényszerűségeket felidézni
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak
tömeg sebesség gyorsulás
1. Tömeg
A tömeg egy fizikai mértékegység, aminek a klasszikus mechanikában döntő szerepe van. A tömeg kapcsolatban van a súly, a nehézség, és a tehetetlenség fogalmakkal. A tömeg egyik definíciója szerint a test tehetetlenségének mértéke. Vagyis hogy mennyire ellenálló a rá ható erőkkel szemben.
A tömeg jele: m
A tömeg mértékegysége a kilogramm: kg
Egy 10 cm élű kocka térfogata 1.000 cm3. Ha ezt a kockát megtöltjük egy homogén anyaggal, ezt 20 °C hőmérsékleten vizsgáljuk és eltekintünk a tárolóedény tömegétől, akkor megkapjuk a test kg-ban kifejezett tömegét.
A tömeget köznapi értelemben gyakran összekeverik a súllyal, szinonimaként használják. Fizikában a kettőt azonban meg kell különböztetni. A súly az egy erő, (súlyerő), amely megmutatja, hogy milyen erővel nyomja egy test az alátámasztását. A test súlya változhat attól, hogy a Föld melyik pontján mérjük, változhat attól, hogy ha a test súlyát liftezés közben mérjük (függőleges gyorsulás vagy lassulás következik be), a test tömege viszont állandó.
Különböző anyagok tömege
3. táblázat
A sebesség (v) egy vektormennyiség, ami egy test mozgásának gyorsaságát jellemzi. A klasszikus mechanikában a sebesség egy olyan mennyiség, amellyel a test adott idő alatt egy adott utat megtesz.
A sebesség fizikai mértékegysége a m/s vagy a km/h. A sebesség egy test (például egy jármű) által megtett út (s) adott idő (t) alatt. A sebesség tehát az elmozdulás és az idő hányadosa.
v = s / t (3)
Ahol
v - a test sebessége (m / s) s - a test által megtett út (m) t - az az idő, ameddig a folyamat tartott (s)
Példa
Egy teherautó egy 250km-es útszakaszt 3,5 óra alatt tesz meg. Hány métert tett meg így másodpercenként?
s = 250km = 250 000m t = 3,5 h = 12 600s v = 250 000m / 12 600s = 19,84 m/s
Átváltás m/s és km/h között
1. ábra
Forrás: http://escolafatorial.blogspot.hu/2012/05/resumao-transformacoes-de-grandezas.html
Ha át szeretnénk váltani m/s-ról km/h-ra a sebességet, akkor 3,6-es szorzóval kell megszoroznunk a m/s-os mérőszámot.
v = 19,84 m/s * 3,6 = 71,43 km/h
3. Gyorsulás
A gyorsulás (a) egy test sebességének megváltozását jellemzi. Kiszámolható a sebességből (v) és az időből (t). A gyorsulás mértékegysége m/s2.
a = v / t (4)
Ahol
a - a gyorsulás (m/s2) v - a sebesség (m/s) t - az eltelt idő (s)
Idő és a megtett út kapcsolata konstans gyorsuló mozgás esetén
2. ábra
Forrás: http://fruzsihonlapja.wordpress.com/)
Példa
Egy teherautó 80km/h sebességről álló helyzetre fékezi magát. A fékezés (reakcióidőt nem számítva) 3 másodpercig tartott. A negatív gyorsulást a következőképpen számítjuk:
A sebességet átváltjuk km/h-ról m/s-ra.
80 km/h / 3,6 = 22,22 m/s
a = 22,22 m / 3s 2 = 7,4 m/s 2
Így a negatív gyorsulás, vagyis a lassulás 7,4 m/s 2 lett. A féktávolság ebből a következőképpen számolható:
s = v 2 / 2a
s = (22,22 m/s)2 / (2 * 7,4 m/s 2) = 33,36 méter
4. Centripetális gyorsulás
Amennyiben a gépjármű sebességértéke nem, de iránya megváltozik, fizikai értelemben akkor is gyorsulás következik be. Ennek oka, hogy a sebesség egy vektor mennyiség, melynek iránya a gépjármű irányváltozásával együtt változik, így az irányváltozás tulajdonképpen sebességváltozás is egyben. Ezt a típusú sebességváltozást nevezzük centripetális gyorsulásnak.
A centripetális gyorsulást (ac) a centrifugális erő számításánál kell figyelembe venni az áruk leborulásával kapcsolatban. A centripetális gyorsulás a test érintő irányú sebesség négyzetének és a kanyarodás sugarának a hányadosa. Az érintő irányú sebesség az a sebesség, amellyel a test tovább haladna, ha "elengednénk". Ez a sebesség megegyezik a kanyarodás közbeni menetsebességgel.
a c = (v K)2 / r (5)
Ahol
ac - centripetális gyorsulás vK - érintő irányú sebesség (kanyarodási sebesség) r - kanyarodás sugara
Centripetális gyorsulás
3. ábra
Forrás: http://www.hebezone.de/frameset/content/glossary/670_01.shtml?sid=aaebcd4cc8998cfcebe9b05a0d4aeeea
Példa
Érintő irányú sebesség: v K = 25 km/h
A kanyarodás sugara: r = 15 m
v K = 25 km/h / 3,6 = 6,94 m/s
a c = (6,94 m/s)2 / 15 m = 3,21 m/s 2

| Önellenőrző kérdések
1. Amikor ráállunk egy szobamérlegre, az...
| közvetlenül a tömegünket méri
| közvetlenül a súlyunkat méri
| a súlyunkat méri, amiből aztán következtet a tömegünkre.
| a tömegünket méri, amiből azután következtet a súlyunkra
2. Egy gépjármű egyenletes sebességgel halad, majd hirtelen fékez. A fékút 30 m, melyet 3 másodperc alatt tesz meg. Mennyi volt a gépjármű sebessége, ha a fékezés egyenletes lassulással történt?
| 64 km/h
| 32 m/s
| 10 m/s
| 72 km/h
3. Egy gépjármű 70 km/h sebességgel halad, amikor egy kanyarhoz érkezik. A jármű szempontjából a kanyar sugara 100 m. Mennyire kell lecsökkenteni a gépjármű sebességét, hogy a centripetális gyorsulás ne haladja meg a 3 m/s2-et.
| 62 km/h
| 68 km/h
| 55 km/h
| nem kell csökkenteni