Energía (física): ¿Cuál es el trabajo extra realizado al conducir una carga extra?

mi trabajo parece no cuadrar. por favor corrija donde error.

Para una estimación, supongo que podemos considerar la masa misma como su propio cuerpo libre.

El momento solo se conserva en una superficie sin fricción.
Entonces no hay trabajo extra hecho.

En una superficie de asfalto por fricción, la fuerza de fricción aplicada al cuerpo libre será el 60% de la fuerza normal, actuando contra la dirección del movimiento.
(La fuerza de la fricción)

Por lo tanto, si la fuerza de peso es F = mg = 50 kg x 9.8 m / s ^ 2 = 490N
Entonces la fuerza de fricción de la fricción cinética viene dada por:

donde u = 0.6
F (k) = F (N) xu = 490N x 0.6 = 294N
Ahora podemos calcular la aceleración debido a la fuerza de fricción cinética:
a (f) = F (k) / m = 294/50 = -5.88m / s ^ 2
(es negativo porque actúa en contra de la dirección del movimiento)

Ahora podemos calcular la velocidad final (suponiendo que no haya otra aceleración en movimiento):

Si establecemos v = 0, podemos averiguar la distancia que tomará para que el automóvil se detenga:
v ^ 2 = u ^ 2 +2 como
(0) ^ 2 = (25) ^ 2 + 2 (-5.88) s
s = 625 / 11,76 = 53,146 m

El trabajo de fricción realizado para detener el cuerpo libre es:
W = F xd = 294N x 53.146 m = 15625 Julios

El trabajo también es igual a la diferencia en energía cinética que viene dada por:
W = ΔKE = (mv ^ 2) / 2 – (mu ^ 2) / 2
= 0 – 50x (25) ^ 2/2 = 15625 Julios

El trabajo de fricción realizado (y, por lo tanto, la energía gastada) durante 100 km sería:
W = F xd = 294N x 100 × 10 ^ 3 m = 29.4 MNm = 29.4 MJoules
Y necesitaríamos esa cantidad de energía para mantener el automóvil a la misma velocidad.

Si queremos saber el poder necesario para superar esto en un momento dado:
Poder = Trabajo / Tiempo
= 29.4MJ / 3600 s = 8,166.67 vatios = 8.17 kW

Hagamos el cálculo en un Tesla Model S:

La fuerza de peso es F = mg = 2000kg x 9.8m / s ^ 2 = 19600N
Una cuarta parte de esta fuerza se distribuye en cada rueda.
F (rueda) = 4900N

Antes teníamos, la fuerza de fricción de la fricción cinética viene dada por:

Pero ahora, distribuimos la fuerza sobre la circunferencia de la rueda,
Entonces, la fuerza de rodadura de fricción cinética viene dada por:

F (rodando) = F (normal) xu (coeficiente de fricción) / radio
(fricción de rodadura)

donde u = 0.6
El radio es de aproximadamente 19 pulgadas (tamaño del neumático) = 0.483 m

F (rodando) = 4900N x 0.6 / 0.483m = 6086.96N

Aceleración debido a la fuerza de fricción cinética:
a (f) = F (k) / m = 6086.96 / 2000 = -3.043 m / s ^ 2

Si establecemos la velocidad final v = 0
podemos averiguar la distancia que le tomará al auto detenerse:
v ^ 2 = u ^ 2 +2 como
(0) ^ 2 = (25) ^ 2 + 2 (-3.043) s
s = 625 / 6.087 = 102.68 m

El trabajo de fricción realizado para detener el cuerpo libre es:
W = F xd = 6086.96N x 102.68 m = 625,009 Julios

El trabajo también es igual a la diferencia en energía cinética que viene dada por:
W = ΔKE = (mv ^ 2) / 2 – (mu ^ 2) / 2
= 0 – 2000x (25) ^ 2/2 = 624,996.96 Julios

El trabajo de fricción realizado (y, por lo tanto, la energía gastada) durante 100 km sería:
W = F xd = 6086.96N x 100 × 10 ^ 3 m = 608 MNm = 608 MJoules
Y necesitaríamos esa cantidad de energía para mantener el automóvil a la misma velocidad.

Si queremos saber el poder necesario para superar esto en un momento dado:
Poder = Trabajo / Tiempo
= 608MJ / 3600 s = 169.08 kW

La gama eléctrica nominal Tesla Modelo S es:
70 kWh – 80kWh (250-310MJ) para una distancia de 390 km.

El Tesla necesitaría cobrar al menos dos veces por este solo viaje.
Entonces, algo todavía no cuadra aquí.

Si calculo sin el radio de la rueda de fricción, entonces:

La fuerza de fricción de la fricción cinética es:
F (k) = F (N) xu = 4900N x 0.6 = 2940N
donde u = 0.6
La desaceleración debida a la fuerza de fricción cinética:
a (f) = F (k) / m = 2940/2000 = -1.47 m / s ^ 2

En v = 0, distancia que tomará el automóvil para detenerse:
v ^ 2 = u ^ 2 +2 como
(0) ^ 2 = (25) ^ 2 + 2 (-1.47) s
s = 625 / 2.94 = 212.585 m

El trabajo de fricción realizado para detener el cuerpo libre es:
W = F xd = 2940N x 212.585 m = 624,999 Julios = 625 KJ

El trabajo también es igual a la diferencia en energía cinética que viene dada por:
W = ΔKE = (mv ^ 2) / 2 – (mu ^ 2) / 2
= 0 – 2000x (25) ^ 2/2 = 625 KJ

El trabajo de fricción realizado (y, por lo tanto, la energía gastada) durante 100 km sería:
W = F xd = 2940N x 100 × 10 ^ 3 m = 294 MNm = 294 MJ
Y necesitaríamos esa cantidad de energía para mantener el automóvil a la misma velocidad.

Si queremos saber el poder necesario para superar esto en un momento dado:
Poder = Trabajo / Tiempo
= 294MJ / 3600 s = 81.67 kW

Que está cerca de la potencia nominal del Modelo S, pero aproximadamente una cuarta parte de la distancia.
Entonces todavía parece incorrecto.

En un problema de física típico de este tipo, el trabajo realizado no es lo mismo que la energía gastada. El trabajo realizado es el aumento de energía potencial, energía térmica, compresión o energía cinética por la carga útil. En este caso, presumiblemente se elevarían 50 kg a cierta altura, por lo que su aumento de energía potencial sería de 50 kg xgx (cambio en la altura del automóvil), donde g es la aceleración de la gravedad (9.8 kg-m / seg / seg) . Como el cambio en la altura no está establecido, la respuesta no puede determinarse más allá de esa ecuación.

Si su automóvil estuviera en un pavimento sin fricción, no necesitaría trabajo adicional, pero su velocidad de alcanzar el lugar se reduciría. En sentido real, la carga que carga mientras conduce solo aumenta la fuerza de resistencia que su motor tiene que superar.

aproximadamente, puede considerar que es proporcional a lo que se requiere para conducir su automóvil antes de cargar considerando la masa. pero este enfoque es defectuoso ya que el trabajo frente a la carga del motor puede no ser lineal (cuanto más carga, más eficiente, supongo), lo que puede ser un poco correcto para una carga pequeña pero grandes desviaciones para una grande (carga)

More Interesting

Cómo explicar [matemáticas] \ sin (2 \ pi f_1 t) + \ sin (2 \ pi f_2 t) = [/ matemáticas] [matemáticas] = 2 \, \ sin \ left (2 \ pi \ frac {f_1 + f_2} {2} t \ right) \ cos \ left (2 \ pi \ frac {f_1-f_2} {2} t \ right) [/ math]

¿Por qué la razón de masa es igual a la razón inversa de aceleración?

¿Cuál es el mejor método para probar preguntas en matemáticas y física?

¿Cómo te volviste bueno resolviendo problemas de ingeniería física o matemática?

¿Cuántas dinas hay en 1 N?

¿Qué importancia tienen los grupos SO (3) y SU (2) en física?

¿Cuál es la diferencia entre non-zero y non-null?

¿Cuánto se relaciona la investigación en aisladores topológicos (física de la materia condensada) con la topología?

Estoy en mi segundo año de ingeniería electrónica. Tengo un profundo interés en la física teórica y las matemáticas. ¿qué debo hacer?

¿Cuál es una explicación simple de E8 y los otros grupos de mentiras?

¿Qué campo de las matemáticas / física matemática piensa Charles H. Martin que es más útil al investigar los mecanismos subyacentes de las metodologías de aprendizaje profundo?

¿Qué es un hamiltoniano libre de frustración?

Cómo resolver problemas de física sin referencia a ningún sistema de coordenadas

¿A qué ángulo de proyección son iguales el alcance horizontal y la altura máxima en movimiento de proyectil?

Suponga que cambia los signos de ciertas cantidades en una expresión (matemática) y ve que la expresión no cambia. ¿Implica algún tipo general de simetría?