Pagrindinio Fizikos Irklinės

Išversta su http://eodg.atm.ox.ac.uk/user/dudhia/rowing/physics/basics.html

1. Varomieji

Valtis pagreitina per veiksmo/reakcijos principu (Niutono 3 Įstatymas). Jūs judėti vandenyje, taip pat su savo oar, valtis juda į kitą pusę. Pagreitį (=masė x greitis) galite įdėti į vandenį, bus lygus ir priešingas pagreitį įgytų valtis.

Mano valtis prieš ir po insulto.

Iki insulto, iš viso pagreitį p = 0, nes viskas yra poilsio.
Po insulto, iš viso pagreitį: p = mbvb – mwvw = 0, nes iš viso pagreitį negaliu pakeisti (Niutono 2-asis Įstatymas).

Valtis+įgulos masė mb = 100 kg (vienos sculler) paspartinti nuo poilsio vb = 1 m/s, reikia mw= 10 kg vandens būti greičiau vw = 10 m/s, arba mw = 20 kg vandens vw = 5 m/s, arba bet kuris kitas derinys mw ir vw kuri suteikia produktui mwvw = mbvb = 100 kg m/s.

Per įprastą eiga (t. y. su laivu jau juda), tai yra mažiau akivaizdus, kad vanduo yra perkelti atgal, siekiant išlaikyti valtis juda pirmyn, nes peiliai atrodo, “užraktas”, kur jie pateikiami, bet jei jums pažvelgti į balos, kai peiliukai yra išgaunamas tai aišku, kad vanduo yra perkeltas. Ten turi būti tam tikrų nukrypimų siekiant paspartinti valtis, nors, iš energetikos klausimus (dalis 3), tai turėtų būti padaryta kuo mažesnis.

Taigi, ką apie jei jūs stumti nuo apačios, nuo upės, ar serija lenkai pasodinti palei upės krante, o ne vandenyje? (Aš išgirsti jūsų paklausti). Na, tokiu atveju visos planetos juda atgal, o ne, ir kai kurių nukrypimų vis dar pasitaiko (kaip, aptikta labai pedantiškas astronautas su implausibly tikslūs matavimo įranga).

2. Atsparumas

Kūnai juda skysčių, sulėtėja dėl atspariu pajėgos, žinomas kaip drag. Tai iš tikrųjų yra perduoti impulsą nuo kūno skysčio: aplinkinių skystis pagreitina kūno sulėtėja, taigi iš viso pagreitį vis dar išlieka pastovi. Valtys, yra įvairių tipų vilkite:

  • Odos Vilkite, dėl trinties tarp korpuso entraining vandens kartu su korpuso;
  • Forma Vilkite, dėl turbulencijos sukūrė ištrauką iš korpuso;
  • Banga Vilkite, dėl energijos prarado sukurti bangos.

Lenktynių korpusai yra neįprastas tuo, kad ant Odos Nuvilkti yra pagrindinis šaltinis varža (apie 80%). Dauguma kitų amatų Banga Vilkite dominuoja. Oro taip pat prisideda prie viso vilkite panašiais būdais (oro, yra tik dar vienas skystis). O įnašas dar oro yra tik keli % atsparumas vandeniui, oro greitis, yra daug daugiau kintamųjų, kad įnašas gali išaugti iki 10% stiprūs galvos vėjai.

Odos Nuvilkti yra proporcingas kvadratinei greičio, todėl, darant prielaidą, kad Oda Vilkite dominuoja, iš viso varža R gali būti parašyta, kaip

2.1) R = a.v2

kai v2 yra kvadratinė greičio ir yra kai pastovi, priklausomai nuo to, sudrėkinto paviršiaus plotas ir korpuso forma (ty lieka ta pati, už tam tikrą laivo ir įgulos).

Išlaikyti pastovų greitį, jėga turi būti lygi pasipriešinimo, todėl nėra net greitėjimas arba lėtėjimas (Niutono 1 Teisę, iš tikrųjų, tik komplektas). Taigi vidutinė galia P reikalaujama (=jėga x greitis)

(2.2) P = a.v3

Tai reiškia, kad dvigubo greičio valtis, jūs turite pateikti 23 = 8 kartus daugiau elektros energijos. Kitaip tariant, jei jūs, dvigubo maitinimo, jums tik eiti 1.26 (=21/3) kartus taip greitai. Tai yra, kodėl irklavimo įmonė slėgio nėra jums praeityje įgulos irklavimo šviesos slėgis taip greitai, kaip jūs norite, vilties.


3. Kinetinė Energija

Pavyzdys, naudojant skirsnyje 1, tam tikro greičio valtis gali būti pasiektas, ar jums persikėlė mažas vandens masė greitai ar didelė vandens masė lėtai, taip ilgai, kaip iš viso pagreitį išliko tos pačios. Tačiau, mano bendra kinetinė energija U (= ½ x masė x velocity2) liko sistemą po insulto:

(3.1) U = ½mbvb2 + ½mwvw2

Tada du pavyzdžiai duoti skirtingus rezultatus.
Jei mw=10 kg ir vw =10 m/s

(3.2) U = 0.5 x 100 x 12+ 0.5 x 10 x 102 = 50 + 500 = 550 Džauliais

bet jei mw=20 kg ir vw=5 m/s,

(3.3) U = 0.5 x 100 x 12 + 0.5 x 20 x 52 = 50 + 250 = 300 Džauliais

Tai kinetinė energija yra mechaninis darbas, atliekamas irkluotojas, bet pirmuoju atveju jie turi atlikti beveik dvigubai daugiau darbo, kaip ir antra, tik, kad pasiekti tą patį greitį.

Pasiekti tam tikrą padidinti greičio valtis, tai trunka mažiau energijos judėti dideliu kiekiu vandens ir lėtai, kaip nedidelis vandens kiekis greitai. Tai yra pagrindinis argumentas “didesnis yra geriau” šaukštas dydžių, ir taip pat nereikia plauti.


4. Centras Masė

Valties yra ne kietas kūnas – joje yra trys atskiri komponentai:

  1. Įgulos narių, atstovaujančių 70-80% visos masės;
  2. Korpuso (ir cox), atstovaujantis 20-30% visos masės;
  3. Irklų, sudaro mažiau kaip 5%, kuris bus ignoruojami.

Centro masė (CM) visos sistemos masės svertinį vidurkį pozicijas CM, kiekvieno komponento. Individualus komponentų CMs gali judėti lyginant su kiekviena kita, CM visos sistemos negali pakeisti jo pagreitį (arba greičio) išskyrus atvejus, kai išorinės jėgos yra taikomas (per vandenį, paprastai) (Teisę Niutono dar kartą).

Jei įgula, masė mc, sėdi dar ne apsaugos, valtis, masė mb juda greitis vt, iš viso pagreitį sistema yra mcvt + mbvt

Jei įgulos tada pradėti judėti sternwards ne -vc, palyginti su vt, valtis turi judėti į priekį skirtingu santykinis greitis vb išsaugoti pagreitį:

(4.1) mc vt + mbvt = mc(vtvc) + mb (vt+vb)

kuri suteikia

(4.2) mc vc = mb vb

Jei įgulos nariai yra 80% visos masės (t.y. mc yra 4/5 mc + mb), ir mc = 4 mb, todėl vb = 4 vc. Jei įgulos perkelti sternwards ne vc=0,2 m/s, valtis bus perkelti žemyn už papildomą 0.8 m/s. Per 1 sekundę atrodo, kad įgulai, kad jie persikėlė 1 m laivagalio iš valties, bet ir autsaideris atrodo, 80 cm, kad judėjimas buvo valtis juda link įgulos.

Tai yra, kodėl lankai valtis atrodo, viršįtampių po finišo insulto: nors peiliukai buvo išgaunamas ir nebėra paspartinti CM visos sistemos, įgulos judėjimo išjungti apsaugos pagreitina korpuso priekį, kurias lygios ir priešinga reakcija.


5. Greičio Pokytis

Greitis-cubed priklausomybė nuo galios (Lygtis 2.2) yra svarbus pasekmė, kai, atsižvelgiant į galią, reikalingą išlaikyti vidutinis greitis.

Jei įgulos eilučių 1 minutę, esant 4 m/s, tada 1 minutę, esant 6 m/s, bendras atstumas, jie padengti yra 60 x 4 + 60 x 6 = 600 m. Iš (Lygtis 2.2), darant prielaidą, kad a = 1 kg/m išlaikyti sumas paprasta, bendras darbas W reikalaujama (= jėga x laikas)

(5.1) W = 60 x 43 + 60 x 63 = 16800 Džauliais

ir vidutinę galią per dvi minutes (= darbas / laikas) yra 140 Vatų.
Tarkime, tos pačios įgulos tiesiog eilučių 2 minutes nuolat 5 m/s. Jie bus padengti pačiu atstumu, kaip ir anksčiau, bet šį kartą visa reikalinga energija yra skirtingos

(5.2) W = 60 x 53 + 60 x 53 = 15000 Joules

taigi, vidutinė galia, taip pat sumažinti, = 125 Vatų. Taigi jie jau panaudota mažiau vidutinės galios (ar mažiau, iš viso energijos, kad padengtų tą patį atstumą tuo pačiu metu. Tai reiškia, kad ji yra labiau energiją taupančių, kad išlaikyti tą patį tempą per lenktynes (ar erg), o ne, pavyzdžiui, paleisti greitai ir lėtai žemyn, arba pradėti lėtai ir pagreitinti.

Paveikslas (5.1)

Nuo odos pasipriešinimo riedėjimui (Lygtis 2.1) priklauso nuo korpuso greitį, o ne greitis iš viso centre masė, pačiais argumentais kreiptis į pokytis korpuso greitis per insultas (Pav 5.1).

Jei korpuso praleidžia pusę kiekvieną taktą 4m/s ir pusė 6m/s, tai yra mažiau efektyvus, kad išlaikyti greičio konstanta, esant 5 m/s (jūs gaunate lygiai tą patį atsakymą, kaip ir pirmiau, jei jums padalinti vieną minutę gabalas į 60-yje 1 antro vienetų, įsiterpę su 60 x 1 antro vienetų kitame greičio). Todėl ji yra taip pat nepageidautina turėti per daug pokytis korpuso greitį per insulto (būdinga lankai ar stern ‘bobbing’ aukštyn ir žemyn per daug).

“Stumdomas pagalbininkas” laivai į sculler sėdynė yra tvirtinama prie korpuso, bet neštuvų ir takelažininkai, lynų montuotojai yra susiję ir nemokamas pristatymas atgal ir į priekį, ant guolių. Su sculler nebėra stumdomas aukštyn ir žemyn, skiriasi korpuso greičiu per galvos smegenų insultas yra sumažintas, todėl šios valtys yra teoriškai efektyvesnis (ie eiti greičiau už tą pačią galią). Kadangi šie laivai dabar yra uždrausta, teorija, matyt, dirbo, nors ir nebūtinai tik dėl odos, vilkite argumentus (banga vilkite, taip pat sumažinti).


6. Balansas

Laivai plaukti, nes žemyn nukreiptos jėgos dėl gravitacijos yra tiksliai suderinta, kad jėgos didėjimo dėl plūdrumo. Gravitacija veikia kaip jei bendra masė buvo koncentruotos į vieną tašką, žinomas kaip centro masės, arba svorio centro(CG). Plūdrumo pajėgos taip pat veikia ne taip, jei taikoma ne vienoje vietoje, žinomas kaip centras plūdrumo (CB). CB sutampa su CG perkeltųjų asmenų skystį, kuris yra ne toje pačioje vietoje, CG, plūduriuojantis kūnas pats savaime.

Kaip kūno ritinius, CB juda, lyginant su korpuso. Pavyzdžiui, Pav.6.1, kai korpusas plaukia CB yra išilgai punktyrinės linijos, bet jei korpusas yra valcavimo prieš laikrodžio rodyklę (kaip paveikslėlyje) CB yra išilgai punktyrinės linijos. Sankirtos vertikalios linijos (plūdrumo jėgos) per CB įvairiais roll pozicijas vadinamas metacentre. Jei paskendusių korpuso formos yra apvalaus skerspjūvio (ie cilindro formos lukštai), metacentre (M) yra tiesiog centre spindulys.

Paveikslas (6.1)

Ar įstaiga plaukia stabiliai arba nestabiliai ant vandens, priklauso nuo santykinės pozicijos metacentre ir svorio centras.

Kairiajame paveiksle atveju, kai M ir CG sutampa. Bet posvyrio kampas, plūdrumo jėga visada yra tiesiai po gravititional jėga ir ne ju tekinimo metu rezultatus, todėl ji bus sėdėti, bet kokiu kampu, jis dedamas taip: “neutraliai stabili”. To pavyzdys yra kintama cilindrų, kur CG ir M abu sutampa su centrinės ašies.

Viduryje paveikslas iliustruoja atveju lenktynių lukštais. Paskendusių korpuso yra netoli pusiau apskrito (sumažinti paviršiaus plotas,: tūris, perkeltų už tam tikrą vaterlinijos plotis), todėl metacentre yra arti vaterlinijos. Tačiau, norint efektyviai irklavimo insulto, įgulos turi būti sodinamas kelių centimetrų virš vaterlinijos, kad CG (ie dažniausiai, kad įgulos) yra virš M. Jei valtis rolls anti-pagal laikrodžio rodyklę, plūdrumo toliau veikti į viršų per M, bet gravitacija veikia žemyn, ne CG dabar persikėlė į kairę, anti-pagal laikrodžio rodyklę pasukdami metu yra generuojami, kuri sustiprina roll – visa sistema yra iš esmės nestabili (jei netikite, tai, imtis irklų ir pamatyti, kaip ilgai jūs likti vertikalioje padėtyje).

Teisė skaičius rodo CG žemiau M, todėl bet kokios kovos-pagal laikrodžio rodyklę roll rezultatų CG juda tiesiai, palyginti su M, sukurti pagal laikrodžio rodyklę atkurti metu, kad valtis yra stabilus. Yra baidarėmis su irklavimo įrengimo mažai platų lukštenti valtis.

Atkreipkite dėmesį, kad stabilumas yra tik lemia santykinis pozicijas svorio centro ir metacentre. Ji yra visiškai įmanoma pasiekti stabilumą kaip irkluotojas sėdi virš vaterlinijos, naudojant korpuso su seklesnėse spindulys (didinant metacentre centro didesnio skersmens apskritimas – žr. Pav. 6.2). Tai yra, kodėl mokymo laivai yra labiau stabili nei lenktynių valtys. Trūkumas yra tas, kad padidinti paviršiaus plotą, už tą patį išstūmimo, taigi didesnio pasipriešinimo.

Paveikslas (6.2)

Taigi, kodėl yra jis lengviau subalansuoti juda valtis? Dėl dviejų priežasčių:

  1. Fin veikia kaip efektyviau roll-slopintuvas kai vanduo teka pro
  2. Formos lankai persikėlimas per vandens linkęs sukurti stabilizatorius jėga

Matyti Steve Kerr straipsnis informacijos.


7. Svertai

Yra trys klases sugrįžta fizikos, išsiskiria galimi trys tiesinės tvarkos Fulcrum, kroviniu, ir Pastangos (skaitant iš kairės į dešinę ar iš dešinės į kairę).

  1. Apkrova – Fulcrum – Pastangos
  2. Fulcrum – Apkrovos – Pastangos
  3. Fulcrum Pastangomis Apkrovos

Nes vienintelis realus skirtumas tarp fulcrum ir apkrovos yra tai, kad švytavimo taškas apibrėžiamas kaip stacionarus tašką, skirtumas tarp Klasės 1 ir 2 svertų priklauso nuo savo apipavidalinimą (kuris tarsi sujaukia į FISA reglamento irklų, kad turi būti Klasės 2 svertų).

Į oar veikia kaip svertas, kuris, laivo siaurumas, atrodo, kaip ir Pav. (7.1) kaip Klasės 1 Svirtis:

Paveikslas (7.1)

Rodyklėmis parodyti jėgos oar. Jėgų, valtis (ne pin ir neštuvų) yra lygios ir priešinga jėgos oar ne fulcrum ir elgtis atitinkamai, paliekant net jėga L (žemyn paveikslėlyje). Į varomoji jėga į vandenį yra lygios ir priešinga apkrovą šaukštas, taip pat L (į viršų paveikslėlyje). Taigi jėgų, valtis ir vandens yra lygios ir priešinga.

Konkrečios Pastangos E, vertė Apkrovos L yra nustatomas pagal santykį ilgis b ir a

(7.1) L = E. (b/a)

Nes, įprastas irklas, yra didesnis negu b, jėga, pasirodo ne ašmenys yra mažiau nei jėgos, kuri naudojama tvarkyti. Jei tai neatrodo gera idėja, atminkite, kad atstumas sujaudino ašmenys yra atitinkamai didesnis nei atstumas persikėlė su rankena, kad Darbą W priimta arba pasibaigus irklas, apibrėžiamas kaip produkto (Jėga x Distancija), išlieka ta pati. Jei oar yra perkelta per kampą y, atstumas sujaudino rankena yra b.y, ir peilis a.y, todėl darbas ne kiekvieną pabaigojeirklas yra:

(7.2) rankena: W = E.b.y
(7.3) peilis: W = L.a.y = E.(b/a).a.y = E.b.y (naudojimas 7.1)

Prie išorės stebėtojas (pvz., FISA europos sąjungos oficialusis stovi ant bankas) ši situacija atrodo gana skiriasi – stacionarių dalis (=fulcrum), atrodo, disko, o ne prie vartų, nurodydami šių Klasė 2 svirtį:

Paveikslas (7.2)

Šioje konfigūracijos Apkrovos yra taikomas ne pin ir duoda santykis ilgio a+b ilgis a:

(7.4) L = E.(a+b)/a = E + E.(b/a)

Šiuo atveju oar sustiprina jėgos, kuri naudojama ne rankena. Tačiau atminkite, kad jėgų ir kryptimis palei oar yra tas pats, kaip Pav. (7.1) (“atramos taškas” ir “apkrova” yra tiesiog taikyti) taip, kad jėgų, valtis ir vandens, taip pat išlieka tos pačios. Iš tikrųjų tai yra bendras principas:

Apskaičiuotos jėgos yra tos pačios, bet orientyrai juda pastoviu greičiu.

Nors “stacionarių peilis” frame (Pav. (7.2)), pageidautina iš koučingo požiūriu (pvz., mokymo rowers pritraukti valtis pastaruosius pabaigos oar, o ne traukti ašmenimis per vandens), “juda valtis” rėmas (Pav. (7.1)) yra lengviau, matematikos, taigi mes naudosime, kad, kai kalbama apie ruošiamės į kitą skyrių. Atsakymai bus tas pats, bet kokiu atveju.


8. Krumplinės pavaros

Į krumplinės pavaros svirtimi galima išreikšti tik kaip santykis atstumas persikėlė apkrovos atstumo perkelti pastangas, kurios taip pat kaip santykis atstumų tarp Krovinio ir Pastangų nuo Fulcrum R (=(a/b) į Pav. 7.1). Šis santykis R nurodo, kaip “lengvas” (mažas R) ar “sunkus” (ir didesni), vandens jaučiasi prie tam tikro greičio valtis.

Deja, kroviniu ir pastangų dėl oar nėra taikomas ne tiesiog nustatytų taškų, todėl ruošiamės yra paprastai išreiškiamas ilgio, kuris gali būti patogiai išmatuoti.

Paveikslas (8.1)

Atstumas paprastai yra laikoma oar kraštinių ilgis (Pav. 8.1), matuojant iš galo peilio išorėje pusėje mygtuką. Tačiau, šis, savo ruožtu, yra paprastai išreiškiamas viduje ilgis(~115cm), kuri yra lengviau įvertinti, ir bendras ilgis (~375cm), kuris yra (paprastai) stacionarūs (a~375-115=260cm).

Atstumas b yra suderintos, pagal trukmę, taip pat žinomas kaip plitimą ar T. D. (Thwartship Distance – Athwartship Atstumas), kurios, valyti-suklastoti valtis yra atstumas tarp centro pin ir vidurio linijos valtis (NB Span už sculls apibrėžiamas kaip dvigubai, tai, ie pin į pin atstumo). Atkreipkite dėmesį, kad b nėra apibrėžta viduje ilgis – manoma, kad irkluotojas veiksmingai taikomas spaudimas oar aukščiau vidurio linijos valtis, ne patarimas rankena.

Norėdami pakeisti trukmę, reikia perkelti pin (lengviau) arba (sunkiau) ir taip pat turi poveikį keičiant lanko ilgis rowed. Duomenys priklauso nuo pagalbininkas dizainas, bet paprastai reikia didelių takelažas sesijos.

Yra keletas būdų pakeisti pajungti per kraštinių ilgį. Didėjimo tvarka reikiamo laiko, tai yra:

  1. Vietą “Moliuskai” ne mygtukus. Tai yra veiksmingai clip-on papildomų mygtukų, kurie sutrumpinti motorlaivius apie 1cm ir todėl sumažinta krumplinės pavaros.
  2. Perkelti mygtuką pati link šaukštas (šviesesnė) arba rankeną (sunkesnis).
  3. Pakeisti oar ilgio. Laikyti laivo viduje tas pats, ilgiau irklų jaustis sunkesnis, trumpesnis irklų lengvesni.
  4. Pakeisti šaukštu dizainas. Kirviai efektyviai taikyti apkrovos arčiau patarimas kaip Macons, kuris yra, kodėl kirviai, paprastai yra keliais cm trumpesnis duoti “lygiavertis” jaučia paties viduje ir patikros.

Norėdami rasti lygiavertį pakeisti da motorlaivius, kad palieka krumplinės pavaros (a/b) nepakitęs po kaita db span b:

(8.1) a/b = (a+da)/(b+db)
(8.2) 1 + db/b = 1 + da/a
(8.3) da = (a/b).db

Kadangi yra ~260cm, b yra ~85cm, a/b) yra apie 3, kuris yra dažniausiai cituojamas veiksnys equating pokyčiai span pokyčių mygtuką poziciją. Pavyzdžiui, vis span 1 cm turi “jausti” tokia pat, kaip juda mygtukai išdėstyti 3 cm.


Priedas: Niutono Dėsniai

  1. Įstaiga ir toliau į poilsio būseną ar vienodai judesio nebent veikiami išorės jėga
  2. Norma pakeisti pagreitį, yra proporcinga jėga
  3. Kiekvienas veiksmas yra lygios ir priešinga reakcija

 

Grįžti į pagrindinį puslapį

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *