14. kérdés - A kerék működése

[mmormota]

Úgy tűnik nem volt olyan érthető a megoldásom mint gondoltam.

Szóval, a tengely ugyanúgy csúszik a neki fúrt lyuk palástján, mint ahogy a kocka csúszna a padlón, fa csúszik fán, a nyomóerő egyforma, ezért ha F erő kellene a padlón húzáshoz kerék nélkül, akkor itt is F erő kell a peremen csúsztatni a tengelyt. (az hogy két kerék van, nem számít, az összegre ugyanaz igaz)
Ezért a kerék forgatásához
F*r
nyomaték kell, ahol r a lyuk sugara. De ezt a nyomatékot a kerék R sugarán fejti ki aki húzza a szekeret.
F*r = f *R
ahol f a szekér húzásához szükséges erő.
Ebből: f = F * r /R
Vagyis a kerék és a csapágy lyuk sugarának arányában osztódik le a szekér húzásához szükséges erő.

[dgy]

[Yorg]

Amikor a kereket mozgásba hozzuk, a kerék felső része előrefele mozdul, az alsó, padlóval érintkező része pedig vissza. Ezért a kerék a felületre hátrafelé irányuló erőt fejt ki. Newton III. axiómája miatt ugyanekkora, de ellentétes irányú erőt fejt ki a felület a kerékre: előre löki. Összefoglalva: az első esetben a fakocka mozgását nehezíti a súrlódási erő, a "szekér" esetén viszont segíti.

Egyébként járni is ezért tudunk: hátrataszítjuk a talajt, a talaj pedig cserébe minket előre.

[mmormota]

A tengely és a lyuk érintési pontja hátra tolódik, így olyasmi a helyzet mintha egy lefelé lejtőn húznánk. A súrlódási erőnek csökken a vízszintes komponense és segít a lejtő nyomó ereje is. Ha úgy tetszik, segít a gravitáció.

[dgy]

[Tuarego]

S még azért azt is jegyezzük meg, nem mellékes, hogy a kerék tengelyének a kenése (a súrlódás csökkentése) is egyszerűbb a kerékagyban, mint mondjuk (csúsztatásnál) a talajt, vagy egy segédpadozatot síkossá tenni nagy felületeken. Aki tolt már berozsdásodott, kenetlen tengelyű taligát, az érezte ennek a jelentőségét.

S ha már a kerék működésénél tartunk, érdemes megemlíteni azt is, hogy sokan félreértik, vagy nem ismerik fel a kerék, mint technikai konstrukció lényegét. Azt gondolják sokan, hogy ami kerek és gurul, az már azonos a konstrukciós elven működik, mint a kerék, pedig nem. A kerék legfontosabb, lényegi eleme a tengelyen elforduló kerékagy. Ettől kerék a kerék, s nem (csak) attól, hogy gurul, gördül, mert azt nagyon sok minden más megteszi.

A kerék hatalmas jelentőségű találmány, amit jelez, hogy az emberi kultúrában egyszer jelent meg (Mezopotámia környékén), s onnan terjedt szét a világba.
Érdekes még, hogy a természet is "felfedezte", mert baktériumban találtak egy "kerékagyban" tengelyként forgó mechanizmust, ami csillók forgatásával az előrehaladást szolgálja.

[Antares]

[mmormota]

[Antares]

Így már értem, köszi szépen! Igen, így tényleg érdekesebb a feladat. Az elején én is elkezdtem berajzolgatni meg számolgatni a tengely környékén ébredő erőket, aztán amikor eljutottam oda, hogy jé, a talajnál a tapadás pont akkora, mint a húzóerő, és hogy ez jóval kisebb, mint a súrlódás, akkor efeletti örömömben elfeledkeztem arról, hogy mit is kellett volna kiszámolni igazából

Viszont akkor még mindig van itt egy vad dolog. Addig én is eljutottam, hogy az érintkezési pont nem a legalsó pont lesz, de én azt feltételeztem, hogy előrefelé lesz. Te meg mintha azt mondtad volna, hogy hátrébb. És tényleg, előrefelé nem is lehet, mert akkor a nyomóerő nem hogy segítene, de még plusz ellenállást is jelentene.

Na de hogy kerülhet az érintkezési pont hátrébb, ha én előrefelé húzom a kocsit? Azt várná az ember, hogy abba az irányba fog eltolódni, amerre az egészet húzom.

[Rigel]