Усилие на педалях
За что я очень люблю велосипедные физические дела так это за то, что там многие вещи очень близки к моей работе, на которой, как многим наверное известно, мы разрабатываем, строим и тестируем космолёты невероятной удельной мощности и энергоэффективности моторы и генераторы.
Так вот у вращающихся машин, коей безусловно является приводящий механизм велосипеда, в смысле мощности всё одинаково. То ли перед тобой электродвигатель, то ли паровая турбина или двигатель внутреннего сгорания, то ли вот — педальная машина, приводимая в действие мускульной силой.
Итак, сегодня я хочу узнать типовую величину силы, с которой велосипедист действует на педали. И начну с простой формулы мощности вращающейся машины: P = ω⋅T, ω — угловая скорость; T — крутящий момент.
В свою очередь ω = 2π⋅n, где n — частота вращения (широко известная в узких кругах как каденция). В стандартом случае это 90 оборотов в минуту или 1.5 оборота в секунду. В результате стандартная угловая скорость вращения педалей составит ω = 9.42 с -1 .
Крутящий момент T = F⋅l, где F — средняя искомая сила, а l — длина шатуна (возьмём для удобства одну из наиболее распространённых: l = 172.5 мм = 0.1725 м).
Среднее усилие при педалировании определится из вышенаписанного как:
Теперь мощность — типовая мощность, с которой может сколько-нибудь долго (3-4 часа) может ехать типовой (не самый последний) спорцменчег из интернетиков это
Тогда получаем: F = 170/(9.42*0.1725) = 104.6 (Н) или 10.7 кг.
Вот, собственно, таково среднее усилие на педалях при езде на велосипеде.
Прикладываем в среднем 10.7 кг обеими ногами 1.5 раза в секунду на шоссейнике и едем в групповой покатушке со средней скоростью в районе 30 км/ч. Вопрос распределения этого усилия по фазам вращения педалей оказывается довольно важным, так же как и то, какие мышцы и в каком соотношении его создают (разгибатели/сгибатели), потому что при равной механической мощности на педалях, нагрузка на мышцы и расход драгоценных калорий могут быть ощутимо-разным. Именно поэтому для сколько-нибудь спортивной езды нужны контактные педали и очень важна хорошая техника педалирования.
Просто для справки неспешная прогулочная езда это 0.3-0.5 от этого, т.е. около 3-5 кг, правда за счёт меньшей каденции усилие может быть повыше, но частота мышечных сокращений конечно пониже.
Кто дочитал, тот молодец. Кто дочитал и понял, тот молодец вдвойне! Конец!
Велосипедист совершает n оборотов педалей велосипеда а велосипед при этом проходит путь который
Тип 25 № 29196 
В велотренажерах для регулировки физической нагрузки тренирующихся на них спортсменов в настоящее время часто используются электродинамические тормозящие устройства, позволяющие плавно регулировать усилия, необходимые для вращения педалей с определённой скоростью. Вращение от педалей передаётся на массивный токопроводящий диск, находящийся между двумя сильными неподвижными магнитами, расстояние от которых до диска можно регулировать. Взаимодействие возникающих в диске индукционных токов с магнитами тормозит вращение диска, а, следовательно, и педалей, заставляя прикладывать к ним регулируемые по величине силы.
Пусть спортсмен крутит педали, находящиеся на расстоянии R = 25 см от их оси вращения, с частотой ν = 12 оборотов в минуту, прикладывая к каждой из педалей в направлении её движения постоянную по модулю вращающую силу F = 40 Н. На сколько градусов нагреется железный диск массой m = 6 кг за время t = 20 минут работы в таком режиме? Считайте, что вся работа спортсмена расходуется только на равномерный разогрев диска.
1. Найдём вначале мощность P, развиваемую спортсменом во время тренировки на велотренажере. Поскольку сила F прикладывается в направлении движения каждой из двух педалей по окружности радиусом R с линейной скоростью где угловая скорость связана с частотой ν вращения педалей соотношением то
2. Работа, совершённая спортсменом за время t, равна
3. Поскольку по условию вся эта работа превращается в количество теплоты Q, идущее на нагревание алюминиевого диска массой m с удельной теплоёмкостью c на градусов, то
4. Таким образом, из последнего уравнения получаем:
5. Переводя численные данные из условия в систему СИ, используя табличные данные и подставляя их все в полученное выражение, получаем:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: выражения для мощности силы, работы, для связи линейной и угловой скорости движения точки по окружности, угловой скорости и частоты, а также для количества теплоты, необходимой для нагревания тела известной массы и удельной теплоёмкости на известное число градусов) 1 ;
II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин ((за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов) 2 ;
III) представлены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.
В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты.
В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги.
1 В качестве исходных принимаются формулы, указанные в кодификаторе проверяемых требований к результатам освоения основных образовательных программ среднего общего образования и элементов содержания для проведения единого государственного экзамена по физике.
2 Стандартными считаются обозначения величин, принятые в кодификаторе проверяемых требований к результатам освоения основных образовательных программ среднего общего образования и элементов содержания для проведения единого государственного экзамена по физике.
Какой путь пройдет велосипедист не вращая педали до остановки, если его начальная скорость 10 м/с?
⚡ Условие + 37% решения:
Какой путь пройдет велосипедист не вращая педали до остановки, если его начальная скорость 10 м/с? Общая масса велосипедиста и велосипеда 80 кг, масса каждого из колес 5 кг, считать равномерно распределенной по окружности радиуса 50 см. Коэффициент трения равен 0,2.
Решение Для решения задачи используем теорему об изменении кинетической энергии системы, согласно которой изменение кинетической энергии механической системы на некотором перемещении равно сумме работ внешних и внутренних сил, действующих на систему, на том же перемещении: E1 E2 A (1) Где E1 – конечная кинетическая энергия системы; E2 – начальная кинетическая энергия системы; A – работа внешних и внутренних сил. Найдем начальную кинетическую энергию системы: E1 Eв 2Eко (2) Где Eв – кинетическая энергия велосипедиста и велосипеда, которая равна; 2 2 M0 Eв (3) Eко – кинетическая энергия колеса, совершающего движение, которая равна; 2 2 2 2 m0 I Eво (4) Где I – момент инерции колеса; – угловая скорость. В уравнении (2) стоит коэффициент 2, потому что есть два колеса. Запишем связь между угловой и линейной скоростями: r 0 (5) Где r – радиус колеса. Момент инерции колеса с массой распределенной по ободу равен: 2 I mr (6)
Готовые задачи по физике которые сегодня купили:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института