Premnas kyseli lepo- ja liikekitkan eroista SUURI jarrutesti-säikeessä
http://nojapyorafoorumi.fi/posting.php? ... 90#preview
ja jotta se säie pysyisi asiassa, vastaan kysymykseensä tällä alueella:
Lepokitka ja liikekitka: Jos vaikkapa painava kumipohjainen puulaatikko makaa edessäsi asfalttipäällysteisellä pöydällä, niin tarvitset hieman enempi voimaa sen saamiseksi liikkeelle kuin sen jälkeen sen liikkeessa pitämiseksi vakionopeudella. Voit mitata voiman jousivaa'alla tai muulla vaa'alla, taikka kokeilla omilla virityksillä (esim. ripustaa narulla pöydän reunan yli rullan avulla vesisanko, johon voit kaataa vettä. Maapallo kohdistaa yhteen litraan vettä noin yhden kilopondin ("kilogramman" voiman, joka voima on suuntautunut kohti maapallon keskipistettä. Voiman vaikutuspisteeksi voidaan ajatella vesilitran "keskikohta").
Kun kaadat vesisankoon hitaasti riittävän määrän vettä, niin yhtäkkiä laatikko lähtee liikkeelle. Silloin siihen narun kautta vaikuttava voima on juuri ylittänyt kitkavoiman. Jos laatikko on esim. 20 kg:n painoinen ja voimaa tarvittiin liikkeellesaamiseksi 2 kilopondia, niin sanotaan, että lepokitkakerroin on 2 kilopondia / 20 kilopondia = 0.1. Tästä kokeesta ja lepokitkakertoimesta voitaisiin esim. laskea, paljonko tarvitaan voimaa puulaatikon liikkeellesaamiseksi, jos siinä olisi tavaraa esim. 50 kg . (Vastaus: 0.1 * 50 kg = 5 kilopondia).
Liikekitkakerroin voidaan määritella muuten samalla tavalla, mutta laatikkoa tönitään hieman. Kun tönitty laatikko sitten vakionopeudella liikkuu narun suuntaan, niin katsotaan, paljonko painoa tarvittiin liikkeessä olevan laatikon tasaisen vauhdin ylläpitämiseksi. Esim. yllä 20 kilon laatikon liikkeessäpitäminen voi vaatia 1.8 kg painon pöydän reunan takana roikkumassa ja valumassa alaspäin. Liikekitkakerroin on silloin 1.8 / 20 = 0.09.
Liikekitkakerroin riippuu laatikon pohjan ja pöydän pinnan materiaalista. Edellytetään myös, että pinnat ovat kuivia. Jos on öljyä, vettä tms, niin näitä kertoimia ei juurikaan kannata ajatella näin.
Pätee eräin ehdoin
a) kitkavoima on sitä suurempi, mitä suuremmalla voimalla esineet vaikuttavat toisiinsa; kun voima kaksinkertaistuu, niin kitkavoima kaksinkertaistuu (eli voimat ovat verrannollisia) (Amontonsin 1. laki)
b) kertoimet ovat riippumattomia hankaavien pintojen pinta-alasta (Amontonsin 2. laki)
c) liikekitkakerroin on riippumaton nopeudesta (Coulombin laki)
Jos kiskot kumipohjaista puulaatikkoa pitkin kylän vaakasuoraa asfalttiraittia, niin kitkakertoiment ja kumipohjaisen puulaatikon painon tuntien voit laskea mm. millä voimalla saat laatikon liikkeelle ( voima = lepokitkakerroin * laatikon paino, esim. 0.1 * 80 kg = 8 kilopondia) ja paljonko voimaa tarvitset sen vetämiseen (voima = liikekitkakerroin * laatikon paino, esim. 0.09 * 80 kg = 7.2 kilopondia). Voit edelleen laskea ennen kiskomisyritystä, kuinka väsyttävää homma olisi pitkän päälle: Voima kertaa matka = energia, esim. 7.2 kilopondia * 100 metriä = 720 kilopondimetriä. (Koska kilopondimetri on noin 9.81 Newtonia eli pyöreästi 10 Newtonia, niin 720 kilopondimetriä on noin 7200 Newtonmetriä (Newtonmetriä sanotaa lyhyesti Jouleksi). Kuinka paljon sitten tarvitset energiaa joka sekunti tuossa kiskomisessa?
Sitä enempi energiaa sekunnissa (eli tehoa!), mitä nopeammin kiskot. Esim. jos käytät hommaan 100 sekuntia, niin vetämiseen kului keskimäärin tehoa 7200 Joulea / 100s = 72 J/s = 72 Wattia. Tässä hommassa ei tulisi edes hiki, olisi kevyeen laiskahkoon retkipyöräilyyn tasaisella verrattavaa touhua.
Kun tietää voiman, energian, tehon määritelmät esimerkkeineen ja yksikköineen (Newon, Joule, Watti), niin oikeastaan pärjää jo aika pitkälle. Verkosta ja oppikirjojen alkusivuilta lisää.
Huom. Esimerkin luvut eivät kuvaa asfaltin ja kumin välistä kitkakerrointa. (se lienee luokkaa 0.5 - 0.8 eikä noin 0.1.)
Laatikkoesimerkkiä voi soveltaa jarrupalojen ja metallipinnan välisen kitkan ajatteluun ja siitä voi laskea asioita jopa yllättävän helposti.
Koska kitkavoima on riippumaton nopeudesta, takapyörän nousemista etujarrulla voi testailla kuivalla asfaltilla varovasti hyvin hitaalla nopeudella, esim. noin 20 -40 cm /sekunnissa.
Pystypyörässä reppanalla mutta säädetyllä V-jarrulla jarrutettaessa takapyörä nousi asfaltilla iloisesti pienellä käsivoimalla, ja myös silloin, kun laskeuduin istumaan alas keskiön päälle. Hiekalla etupyörä alkoi luistaa ennen takapyörän nousua. Alamäessä takapyörä tuntui nousevan vielä pienemmällä voimalla kuin tasaisella. Takapyörä nousee etujarrutuksessa kämmenvoimalla, kun ehdot painopisteen sijainnille, tien kaltevuudelle ja etukumin/tien kitkakertoimelle ovat sopivat edelläkuvattujen kaavioiden mukaan. Saanen palata voimien mittausjärjestelyyn vielä.
Lykkyä tykö sitten lowrideiin osallistujille sinne Keski-Suomen "niin jyrkkiin mäkiin, missä ainakin puolet joutuu taluttamaan ". Siis lykkyä niiden alastuloon. Varsinkin ilman takajarrua.