KURZUS: Rakományrögzítés
MODUL: A rakománybiztosítás fizikája
2. lecke: Erő és energia kapcsolata
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 a rakományrögzítés alapjait képezik. | |||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha | |||
| |||
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége. | |||
Kulcsfogalmak | |||
| |||
1. Erő | |||
Egy erőt csak a hatásáról ismerünk fel. Ha erő hat egy testre, akkor megváltozik a mozgásállapota. Ez ahhoz vezet, hogy megváltozik pl. a test sebessége (lassabban, vagy gyorsabban fog mozogni), vagy megváltozik a mozgásának iránya. De egy erő rugalmas vagy rugalmatlan alakváltozást is előidézhet egy testben. | |||
Egy adott erőnek három fontos tulajdonsága van: | |||
| |||
Az erő jele: F | |||
Az erő mértékegysége: N (Newton) N = kg*m/s2. | |||
1 N az az erő, amely egy 1kg tömegű testnél 1m/s2 gyorsulást eredményez. | |||
| |||
Forrás: http://www.fizika.ws/az_ero_abrazolasa | |||
| |||
Forrás: http://www.fizika.ws/az_ero_abrazolasa | |||
Súlyerő | |||
A Föld minden emberre vonzóerővel hat. Minél nagyobb egy test tömege, annál nagyobb a Föld ráható súlyereje. Egy test súlyerejét (FG) Newtonban (N) mérjük. Ha egy test súlyát a Holdon szeretnénk megmérni, akkor kisebb értéket kapnánk, mint a Földön. | |||
| |||
Forrás: http://www.fizika.ws/ero | |||
Ez azért van, mert a Hold vonzóereje alacsonyabb, mint a Földé. A köznyelvben viszont sokszor helytelenül összekeverik a tömeget és a súlyt. | |||
Szabadesés kiszámítása | |||
A szabadesésben lévő testet a Föld 9,81 m/s2 gyorsulással vonzza és ez eredményezi a súlyerőt (FG). | |||
FG = m * g (1) | |||
Ahol | |||
FG - a súlyerő, | |||
Általános erők | |||
A rakománybiztosítás mérésénél a maximálisan ható erőket kell megállapítanunk. Az általános erőket a tömeg (m) és a gyorsulás (a) szorzataként kapjuk. | |||
Fékezésnél keletkező erők kiszámítása | |||
Például a fékezésnél keletkezhetnek ilyen módon számítható erők: | |||
FM= m * a (2) | |||
Ahol | |||
FM - a test tömegéből származó erő | |||
| |||
Forrás: http://www.csom.hu/nagykep.php?file=b_pantolas_03.jpg | |||
Példa | |||
Mekkora a rakományra ható erő (m = 10.000kg) vészfékezésnél? | |||
(a = 0,8*g) (g = 9,81 m/s2) | |||
Így a keresett FM erő: | |||
FM = m*a = 10 000kg*7,9m/s2 = 79 000N | |||
2. Centrifugális erő | |||
A centrifugális erő sugár irányban hat a testre az ábrán látható módon: | |||
| |||
Forrás: http://www.vilaglex.hu/Lexikon/Html/CentrEro.htm | |||
A centrifugális erő azért lép fel, mert minden test igyekszik megőrizni a tehetetlenségét, és így a mozgásállapotát. A mozgásállapot változás pedig bekövetkezik egy kanyarodásnál, vagy egy irányváltoztatással együtt járó kitérő manővernél. | |||
A centrifugális erőt a következő formulával számíthatjuk: | |||
FY = m * ac = m * VK2 / r (6) | |||
Ahol | |||
FY - a centrifugális erő | |||
A centrifugális erő (FY) nagyobb lesz, ha: | |||
| |||
Vigyázni kell azonban, mivel a centrifugális erő a jármű sebességével négyzetesen arányos! | |||
Példa | |||
m = 500 kg; vK = 25 km/h; r = 40 m | |||
A sebesség átváltása: | |||
vK = 25 km/h / 3,6 = 6,94 m/s | |||
Ha megduplázzuk a sebességet, akkor: | |||
vK = 50 km/h = 13,89 m/s | |||
Így a centrifugális erő a többszöröse lesz! | |||
3. Mozgási energia | |||
A mozgási energia megjelenik minden mozgó testben. Minden tömeggel rendelkező, mozgó testben ott van és a sebességgel ez a mennyiség is négyzetesen arányos, mint a centrifugális erő. Tehát érvényes, hogy a sebesség kétszerezésével a mozgási energia hatványozódik. | |||
Ez az energia egy zárt rendszerben elvileg örökké megmarad. A mozgási energia kiszámítása azonban egyszerű eszközökkel meglehetősen nehéz. | |||
A mozgási energia jele: EKIN (kinetikai energia) | |||
Mértékegysége a Joule (J) (1 J = 1 Nm) | |||
EKIN = m * v2 / 2 (7) | |||
Ahol | |||
EKIN - a kinetikai energia | |||
Példa | |||
A mozgási energia hatása a fuvarozandó rakományra a jármű falának való nekiütközés pillanatában. | |||
A rakomány egyik darabja (m = 25 000 kg) fékezésnél nekiütközik (v = 6 m/s) a jármű falának. A test rövid idő alatt (t = 0,15 s) megáll. Így a test gyorsulása: | |||
a = v / t = 6 m/s / 0,15 s = 40 m/s2 | |||
Az erő kiszámolható az alábbi formulával: | |||
F = m * a = 25 000 kg * 40 m/s2 = 1 000 000 N | |||
Egyszerűen kifejezve, körülbelül 100 tonna terhelést kell elviselnie a jármű oldalának ebben az időtartamban. Ha nincs megfelelően kialakítva a jármű, hogy elviselje ezt a terhelést, akkor könnyen baleset történhet, ami akár a vezető életébe is kerülhet. | |||
| |||
Forrás: Európai legjobb gyakorlatra vonatkozó iránymutatás a rakományok rögzítéséhez a közúti szállításban | |||
4. Súrlódás | |||
A súrlódás a rakománybiztosítás egyik nagyon fontos tényezője. Súrlódás nélkül a rakománybiztosítás még nehezebb feladat lenne és további biztosítóeszközök lennének szükségesek. A súrlódásnak alapvetően két fajtáját különböztetjük meg: | |||
| |||
A súrlódási erő kiszámításához a súrlódási együtthatók szükségesek. Az együtthatóknál figyelembe kell venni, hogy milyen anyagú testek vannak kölcsönhatásban egymással. Az együtthatók vizsgálatával a VDI 2700 szabvány 14. melléklete foglalkozik részletesebben. | |||
| |||
Forrás: http://www.mozaweb.hu/Lecke-Fizika-Fizika_9-10_2_Surlodas_Kozegellenallas-100014 | |||
Tapadási súrlódás | |||
Tapadás akkor lép fel, amikor egy nyugalomban lévő test egy felületen megmozdul. A súrlódás biztosítja, hogy az adott test mégis a helyén maradjon. Minél durvább a felület a két test között, annál nehezebb a testnek elmozdulnia a felületen. | |||
| |||
Forrás: http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0033_SCORM_GEFIT6101/sco_02_01.scorm | |||
A tapadási együttható -t a ferde, egyenes felületeknél alkalmazzák. A felületet olyan meredekségig emeljük, amíg a vizsgált test el nem mozdul. Ebben a pillanatban leolvashatjuk a lejtő meredekségének szögét (). Ennek a szögnek a tangense a testek csúszási súrlódási együtthatója. | |||
(8) | |||
Példa | |||
Ki szeretnénk számítani egy testre ható tapadási súrlódási erőt. Ehhez ismerjük a test tömegét (m = 10 000 kg), és ismerjük a súrlódási együtthatót a test és az alatta levő felület között (ľ = 0,2) (például két festett fémes felület között). Ezen adatok alapján az alábbi módon kapjuk meg az eredményt: | |||
(9) | |||
FS = 10 000 kg * 9,81 m/s2 * 0,2 = 19 620 N | |||
Tehát a testre 19 620 N súrlódási erő hat. Ha ennél nagyobb erőhatás éri a felülettel párhuzamosan, akkor a test elmozdul. | |||
Ha speciálisan kialakított csúszásgátló felületre helyezzük ugyanezt az anyagot, akkor a számítás a következőképpen változhat ( = 0,6): | |||
FS = 10 000 kg * 9,81 m/s2 * 0,6 = 68 860 N | |||
Tehát így több mint 3,5-szer akkora erőhatásra van szükség, hogy a test elmozduljon. | |||
| |||
Forrás: http://nograd.katasztrofavedelem.hu/cms_files/content_68949.pdf | |||
Csúszási súrlódás | |||
Csúszási súrlódás akkor lép fel, ha már egy test mozgásban van. A súrlódás ekkor a testet a továbbhaladásban akadályozza. A csúszási súrlódást úgy határozták meg, hogy a vizsgált testet egy adott sebességen adott felületeken vizsgálták. | |||
Példa | |||
Egy vizsgált test esetében a súrlódási erő FS = 250 N. A súlyerő FG = 500 N. | |||
D = FS / FG = 250 N / 500 N = 0,5 | |||
A csúszási súrlódási együttható így most 0,5. Ez meglehetősen magas érték. A nagyobb rakománybiztonság érdekében azonban érdemes minél magasabb csúszási súrlódási együtthatóra törekedni. | |||
| |||
Forrás: http://nograd.katasztrofavedelem.hu/cms_files/content_68949.pdf | |||
Dinamikus hatások a közúti közlekedésben | |||
A közúti közlekedésben általában fellépő erőket az alábbi ábra szemlélteti. Az ábrán például a 0,8-as szorzó a jármű eleje felé azt szemlélteti, hogy a rakomány tömegének 80%-a nehezedhet a rakodótér vezető oldali falára. | |||
| |||
Forrás: Kompendium Ladungssicherung, 31. oldal | |||
Fontosabb mértékegység átváltások | |||
1 000 N = 1 kN (kilonewton) |
Önellenőrző kérdések | |||||||||
1. 1 N az az erő, ...
![]() | |||||||||
2. A centrifugális erő nagysága
![]() | |||||||||
3. A mozgási energia nagysága
![]() |