Свободна лаборатория · Механика · 12–16 години
Скоростите на колелото
Леката предавка спестява ли работа? Прочети какво печелиш и какво губиш, после провери сам на хълма.
Печелиш сила – губиш път
Работата е сила по път. За да качиш себе си и колелото на хълма, трябва точно толкова работа, колкото е енергията за височината: масата по земното ускорение по височината. При колоездач от 50 kg и хълм от 40 m това са 19 620 J – при всяка предавка.
работа = сила × път
Леката предавка намалява силата на педала, но краката изминават толкова пъти по-дълъг път по кръга. Произведението остава същото. Леката предавка не спестява работа, а я разтяга във времето: повече завъртания, по-дълго изкачване, по-малка мощност.
Важно е отношението на зъбите
Предавателното число е броят зъби на предната плоча, разделен на броя зъби на задната зъбчатка. Колкото е по-голямо, толкова по-тежко се натиска и толкова повече метра изминава колелото за едно завъртане на педалите.
Затова 48/32, 36/24 и 24/16 са еднакво тежки: и трите дават 1,5. Голямата плоча отпред не значи непременно тежко – гледа се и задната зъбчатка.
| Предавка | Число | Сила на педала | Път на крака | Работа |
|---|---|---|---|---|
| 24/32 | 0,75 | 73,6 N | 266,7 m | 19 620 J |
| 36/24 | 1,5 | 147,2 N | 133,3 m | 19 620 J |
| 48/24 | 2 | 196,2 N | 100 m | 19 620 J |
| 48/12 | 4 | 392,4 N | 50 m | 19 620 J |
Сила, работа и мощност
Ако въртиш по-бързо със същата предавка, силата на педала не се мени – всяко завъртане те качва на същата височина. Мени се времето: същата работа за по-кратко време означава по-голяма мощност (работа за единица време).
Макари: същото правило
Една макара на тавана само обръща посоката: теглиш надолу, но силата е цялото тегло на сандъка. Помага подвижният (долният) блок: силата пада толкова пъти, колкото въжета го държат. С 4 въжета силата е четири пъти по-малка, но въжето, което теглиш, е четири пъти по-дълго.
Ако долният блок е тежък, ръцете вдигат и него. Тази работа е загуба: полезното действие пада под 100 %. Затова никой не слага 50 макари – въжето става огромно, блокът тежи, а всяка ос добавя триене.
Какво е опростено
- Няма триене и въздух. Истинската работа е малко по-голяма, но никога по-малка.
- Колоездачът се движи бавно и равномерно, без засилване и спиране.
- Силата на педала е средната по кръга. „Твоят предел“ е игра: истинската сила се мени по кръга.
Опитът е класически и се среща в много учебни материали.
Безопасност
- Карай колело с каска. Преди стръмно спускане намали скоростта навреме.
- Сменяй предавките, докато въртиш леко, а не докато натискаш с всичка сила.
- Пази пръстите и връзките на обувките далеч от веригата и зъбните колела.
- Не стой под вдигнат товар. Опит с макари в клас – само с лек предмет, здраво въже и с учител. Ползвай ръкавици, когато теглиш въже.