При случайном отклонении переднего колеса движущегося велосипеда от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение. Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.
Дано: с=4000 Н/м - жесткость пружины ΔL1=0,02 м. - удлинение пружины в состоянии 1 ΔL2=0,03 м - удлинение пружины в состоянии 2 Найти: А1, А2, Е1, Е2
При растяжении пружины на величину ΔL1 возникает сила F1 = c*ΔL1 = 4000 Н/м * 0,02 м = 80 Н. Это максимальная сила в конце растяжения. Средняя сила F1 ср = F1 / 2 = 40 Н Работа по переводу пружины в состояние 1: А1 = F1 ср * ΔL1 = 40 Н * 0,02 м = 0,8 Дж
При переводе пружины в состояние 2 возникает сила: F2 = c*ΔL2 = 4000 Н/м * 0,03 м = 120 Н. Средняя сила на участке от состояния 1 до состояния 2: F2 ср = (F1+F2)/2 = (80 Н + 120 Н) / 2 = 100 Н Работа силы F2 ср по переводу пружины из состояния 1 в состояние 2: A2 = F2 ср * (ΔL2 - ΔL1) = 100 Н * 0,01 м = 1 Дж
Изменение потенциальной энергии равно совершенной работе: E1 = А1 = 0,8 Дж E2 = A2 = 1 Дж
Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.