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.
Sir Isaac Newton
Principia Mathematica (1687) A mozgás I. törvénye

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 / 3s2 = 7,4 m/s2

Így a negatív gyorsulás, vagyis a lassulás 7,4 m/s2 lett. A féktávolság ebből a következőképpen számolható:

s = v2 / 2a

s = (22,22 m/s)2 / (2 * 7,4 m/s2) = 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.

ac = (vK)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: vK = 25 km/h

A kanyarodás sugara: r = 15 m

vK = 25 km/h / 3,6 = 6,94 m/s

ac = (6,94 m/s)2 / 15 m = 3,21 m/s2

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