Завальцовка что такое: трубы и кромок листового металла, колпачка шиферного гвоздя и других. Спрей под завальцовку
Содержание
Вальцовка металла по доступным ценам
Плоским металлическим заготовкам часто требуется придать пространственные формы. Получить изделие в виде незамкнутых цилиндров или конусов можно методами прессования или вытяжки листов металла. Однако, эти методы имеют серьезные недостатки. Процедуру вальцовки металла, которую выполнят для вас в Москве на современном слесарном оборудовании мастера компании «Ланит», отличает от прочих методов ряд преимуществ.
Что это такое?
Вальцовка – существующая уже сотни лет разновидность холодной штамповки. Сейчас операция проводится автоматически, вращающимся инструментом без формообразующего профиля. Если требуется подобная обработка труб (для изменения их диаметра), объемного проката, заготовки предварительно нагревают. Метод вальцовки листового металла тоже бывает горячим, если готовится крупная партия или лист достаточно толстый. Такая обработка позволяет получить множество металлоизделий, пригодных для промышленных или бытовых нужд.
Работы по вальцеванию проводятся в компании «Ланит» в полном соответствии с требованиями ГОСТ. Удовлетворить им можно только с применением специальных вальцовочных станков. Наши цеха прекрасно оснащены, доступны все типы обработки, операция проводится быстро и с хорошей точностью. Мы проводим вальцовку стали, жести, меди, титана, алюминиевых сплавов. Сохранение целостности структуры, всех свойств материала, ничтожные потери на брак – важные особенности оказываемой нами услуги.
Кому мы можем быть полезными?
Мы рады оказать содействие и изготовить объемные изделия с улучшенными характеристиками для всех, кому требуются:
- обечайки цилиндрической формы;
- ленточные пилы большой ширины;
- панели из композитов;
- профилированные уголки;
- швеллеры, к примеру, для кондиционеров;
- элементы металлического декора.
Современное станочное оборудование «Ланит» настраивается так, что на выходе получаются цилиндрические, овальные, конические и квадратные пространственные формы. Технические показатели прошедшего вальцевание листового металла значительно повышаются.
Мы успешно выполнили множество проектов для разных промышленных предприятий. Помогли всем, кому требовалась новая продукция, либо последующая штамповка или дополнительная обработка заготовки сплющиванием, уплотнением или сдавливанием. Особенность действия вальцовочных станков на металл в том, что исчезают шероховатости, самые малые неровные участки. Материал становится ровным по всей поверхности, приобретает лоск.
Удобства вальцовочной техники
Оборудование часто не требует источника внешнего питания. Деталь претерпевает деформацию по всех поверхности. Это чуть снижает производительность, но очень полезно для прокатных валков. Усилие прилагается не точечно, а распределено равномерно вдоль линии соприкосновения. Гладкая структура станочных валков также способствует их очень долгой эксплуатации. В компании «Ланит» есть вальцовочные машины как с нажимным, так и с эксцентрично расположенным валком. Поэтому мы можем вальцевать листовой металл практически любой толщины.
и объемных заготовок бывает:
- продольной, то есть выполняться вдоль направления подачи заготовки;
- поперечной – так обрабатывают незамкнутые трубы или недлинные заготовки;
- с винтовой (спиральной) подачей, что актуально, если потом не нужно герметизировать стык сваркой.
Позвонив нашему менеджеру, можно оставить заявку на вальцовку листового металла – цену можно узнать из нашего прайс-листа. Мы быстро обработаем ваш заказ, обсудим все детали сотрудничества. «Ланит» оказывает услуги юридическим, физическим лицам в Москве и Московской области. Форма собственности не важна. Заказ любого объема и срочности будет выполнен точно в оговоренные сроки.
Вальцовка металла в Туле
- Главная org/ListItem» itemscope=»» itemprop=»itemListElement»>Услуги
- Вальцовка металла
Формоизменяющей операцией с использованием вращающегося непрофилированного инструмента является вальцовка металла (реже «вальцевание»). Как правило, она служит для придания листовым материалам нужной конфигурации, а трубам – необходимого диаметра при монтаже в отверстие. При помощи такого технологического процесса осуществляется создание козырьков, закругленных фризов, композитных колонн и прочих изделий. Его суть заключается в изменении первоначальной модификации и/или расширении деталей под давлением. В случае сплошного проката заготовки предварительно нагреваются, в остальных ситуациях деформированию подвергаются холодные металлические листы.
Область применения
Этот удобный и малоэнергозатратный (ресурсосберегающий) способ позволяет получить пространственные конструкции конусообразного и цилиндрического типа из плоских исходников. По сравнению с иными производственными технологиями (в частности, вытяжкой либо прессованием), методика обеспечивает:
- Уменьшение эксплуатационных издержек на оснастку.
- Увеличение долговечности инструментов и станков.
- Минимизацию временных рамок на переналадку.
- Продуктивность в условиях единичного и мелкосерийного выпуска.
- Упрощение ремонтных и профилактических (регламентных) работ.
- Эффективное управление производительностью установленного оборудования.
- Значительное снижение вероятности возникновения брака.
- Доступную цену, варьирующую от объема предстоящих мероприятий.
Гибочная металлообработка дает возможность выполнять точные детали с заданными параметрами (например, обечайки), заготовки для штамповки и т.д. Заказ подобной услуги, наряду с плазменной резкой, востребован в машино- и судостроительной промышленности, авиации, строительной сфере и других направлениях деятельности. Операция актуальна для любых пластичных металлов (оцинкованной, нержавеющей стали, алюминия, меди и пр.), резиновых смесей, пластмасс. Ее главные задачи: уплотнение, сдавливание и плющение материалов.
Особенности процедуры
Вальцовка листового металла отличается тем, что усилие равномерно распространяется по всей контактирующей поверхности, а сама деформация происходит не одновременно. Это хоть и провоцирует некое снижение производительности, но на самом деле гарантирует повышение стойкости прокатных валков.
Варианты подачи заготовки:
- продольный,
- поперечный,
- винтовой (спиральный).
Первый применяется для получения длинной незамкнутой трубы, второй – короткой. В винтовом случае сворачиваются трубы, не требующие впоследствии сварной герметизации стыков.
Основные этапы:
- Подготовка валков.
- Подача листа в зону захвата рабочим инструментом.
- Установка величины зазора между вальцами.
- Прокатка плоской заготовки в определенном направлении деформации.
- Извлечение полуфабриката и закатка одного края листового металла (чтобы радиус кривизны детали был единым по всему диаметру).
Вальцовку изделий с толщиной до 4-6 мм обычно производят без предварительного подогрева. Однако формообразование деталей из толстолистового материала либо из низкопластичных сплавов предполагает нагревание до 250-300 °С. Для достижения такой температуры вальцовочная машина ставится рядом со специальной печью. В ней наблюдается безокислительная нагревательная атмосфера, что минимизирует появление поверхностной окалины. Впрочем, при малом радиусе вальцевания окалина уже частично осыпается в течение деформирования.
При работе с горячекатаным прокатом перед сгибанием проводится правка листа. Она обязательна и для холоднокатаного проката, толщина которого превышает 4 мм. Это связано с более жестким допуском на неплоскостность такого металлопроката (ГОСТ 16523).
Отсутствие трещин и заусенцев – еще одно важное условие качественно реализованной операции. Подобные дефекты возникают при чрезмерно сильном обжиме вальцами или неравномерном напряжении и отжиге. Недостатки своевременно выявляются и устраняются до продолжения прокатки, иначе они будут увеличиваться.
Отличительные черты:
- Деформирование осуществляется крутящим моментом, значение которого зависит от физико-механических характеристик исходного материала, диаметра валков и условий трения.
- Скорость практически не влияет на энергетические затраты; большой скоростной режим даже может сократить усилие.
- Качество трения находится в зависимости от состояния поверхности вальцов: при уменьшении шероховатости оно также ослабляется. Поэтому в случае постоянной эксплуатации станков потребуется периодическое шлифование оснастки (особенно, если сгибается горячекатаный прокат или толстолистовая продукция).
- Вальцевание высокоуглеродистой стали и сплавов алюминия с марганцем зачастую сопровождается упругим пружинением материала.
По сравнению с гибкой, оно не настолько заметно, однако иногда предусматривает повторное деформирование.
Гибка металла
Гибка и вальцовка считаются двумя процессами, подразумевающими схожее изменение конфигурации плоской детали. Благодаря их использованию модифицируется геометрия профиля под воздействием механического усилия. Принципиальное различие видов обработок – форма готового изделия. При гибке получают объемный продукт с тупым, прямым или острым углом в зависимости от необходимого результата, при вальцевании – дугообразные или цилиндрические материалы.
Изгибание проще вальцевания. Заготовка видоизменяется за один заход, без настройки каких-либо компонентов и частей машины. Рабочие элементы придают детали нужный угол, после чего они отводятся в начальное положение для ее извлечения. Сопоставляя данные процедуры со сваркой, отмечают отсутствие возможных локальных нарушений целостности – непроваров, раковин, наплывов и прочих нюансов, требующих внедрения дополнительных технологических стадий, повышающих конечную цену.
Преимущества сотрудничества
Наша компания работает с металлами разного типа – черными, цветными, оцинкованной и нержавеющей сталью. Все виды услуг, от лазерной резки до изготовления металлических конструкций, оказываются в соответствии с предоставленными клиентом эскизами и чертежами, в рамках стандартных и индивидуальных проектов. По необходимости наш конструкторский отдел поможет вам улучшить графические рисунки и схематические наброски, внимательно ознакомившись с вашими идеями и подробно изложенными задачами.
Стоимость операции будет определяться, исходя из многих параметров конкретного заказа: размера и толщины изделия, количества проходок при вальцевании и т.п. Но вы можете быть уверены, что процедура расписывается поэтапно, поскольку мы тщательно продумываем каждый шаг для оптимизации затрат и, соответственно, экономии ваших денег. Продукция упаковывается и отгружается с завода в обговоренные сроки. Забрать свои заказы вы сможете самостоятельно, либо мы организуем доставку по указанному адресу в Туле.
Обратившись к нашим специалистам по телефону или электронной почте, вы узнаете больше о наших производственных решениях.
Что это такое и нужно ли это делать
К
Барбара Джиллетт
Барбара Джиллетт
Барбара Джиллетт — мастер-садовник, травник, пчеловод и журналист. У нее 30-летний опыт размножения и выращивания фруктов, овощей, трав и декоративных растений.
Узнайте больше о The Spruce’s
Редакционный процесс
Обновлено 25.04.23
Рассмотрено
Аманда Роуз Ньютон
Рассмотрено
Аманда Роуз Ньютон
Аманда Роуз Ньютон — специалист по вредителям, рецензирует материалы по борьбе с вредителями для Совета по уборке The Spruce’s Cleaning Review Board. Она сертифицированный энтомолог и волонтер программы USAID «От фермера к фермеру». В настоящее время она профессор садоводства, специалист по образованию и специалист по вредителям.
Узнайте больше о The Spruce’s
Наблюдательный совет
Фотография Пола Мэнсфилда / Getty Images
Прокатить большой барабан по газону, чтобы создать гладкое, привлекательное пространство — отличная идея в теории, но она может не принести желаемых результатов. Практика ухода за обширными газонами больших усадеб началась в Европе до того, как стали доступны современные инструменты. Сегодня передовые знания об управлении почвой и газоном предоставляют альтернативы для ухода за привлекательным газоном. Укатка по-прежнему широко используется для выравнивания профессиональных игровых поверхностей, требующих особого ухода, таких как поля для гольфа и футбольные поля. Но хорошо ли это для вашего газона, зависит от нескольких факторов.
Что такое прикатывание газона?
Прикатывание газона — это метод обслуживания, разработанный для выравнивания верхней поверхности почвы на один-два дюйма, что делает ее гладкой и ровной. Стальные или полиуретановые бочки или цилиндры, наполненные водой или песком, тянут вручную или буксируют для выравнивания неровностей, вызванных морозным пучением, или для выравнивания участков с интенсивным движением.
Вес регулируется для обоих типов в зависимости от того, сколько воды или песка добавлено в цилиндр. Затем барабан катится по газону за проходы, как при скашивании. Для большинства домашних газонов рекомендуется один проход легким цилиндром.
Можно ли катить газон?
Прежде чем инвестировать в газонный каток, подумайте, почему газон становится неровным. Когда естественные возвышенности или низкие, неглубокие углубления являются частью ландшафта, укатка газона не решит эти проблемы.
Если виновниками являются личинки, кроты и другие копающие туннели или копающие грызуны, укатывание газона также не решит эти проблемы. Вредители будут продолжать рыть и копать, если их не уничтожить, а естественные неровности необходимо сначала устранить, добавив или удалив почву. Когда цикл замораживания/оттаивания или чрезмерный пешеходный трафик оставляет высокие или низкие места на газоне, прикатывание, скорее всего, даст желаемый результат. Легкий проход катком после посева или укладки дерна улучшает контакт с почвой и ее удержание.
Слишком частое или повторное прикатывание уплотняет почву, что является еще одним важным фактором. Это повреждает структуру почвы и сводит на нет усилия по выращиванию газонной травы. Знайте свой тип почвы, имеет ли он песчаный, суглинистый или тяжелый глинистый состав. Глинистый грунт легко уплотняется при укатке, что требует капитального ремонта. Дерновые травы для холодного сезона с глубокими корнями лучше выдерживают перекатывание, чем сорта для теплой погоды, которые распространяются через корневища.
Если вы решили прикатывать газон, выберите правильный тип оборудования для ваших нужд и узнайте о ограничениях по весу для вашей почвы и типа травы.
Преимущества и недостатки прикатывания газона
Плюсы
Более безопасные места с высокой проходимостью
Уровни игровых полей
Помогает установить дерн
Улучшение контакта семян с почвой и их удерживание
Коррекция морозного пучения
Минусы
Неправильное использование может убить газонные травы, распространяющиеся через корневище.
Отсутствие долговременного лечения повреждений от грызунов
Не устраняет заражение личинками
Не устраняет сильные неровности, ямы или естественные углубления
Уплотняет глинистые почвы
Неправильный вес повреждает почву
Когда катить газон
При укладке газона необходимо учитывать время года, температуру, уровень влажности и тип травы. Вот несколько советов о том, когда начинать.
- Укатывать весной после того, как минуют все морозы.
- Перекатывайтесь при температуре около 50 градусов по Фаренгейту, когда трава впервые выходит из состояния покоя.
- Прикатывать, когда почва влажная, но не мокрая.
- Прикатать перед началом сезона покоса.
- Прикатывайте после укладки дерна, чтобы улучшить контакт с почвой.
- Прикатывать после посева для улучшения контакта семян с почвой и их удержания.
- Прикатывание лучше всего подходит для газонов в прохладную погоду с глубокими корнями от 6 до 8 дюймов.
Как прикатывать газон
Выбор правильного оборудования и использование правильного веса имеют решающее значение для улучшения или повреждения вашего газона.
- Начните с пустого облегченного катка, добавляя вес только в случае необходимости.
- Идите за катком в обычном темпе.
- Избегайте давления на рукоятки вниз, позволяя цилиндру выполнять свою работу.
- Перекатывайтесь вперед-назад или вверх-вниз за один проход и избегайте наложения.
- Разделите большой газон и отметьте секции, если требуется разница веса.
- Используйте газонный каток весной после того, как минуют морозы.
- Укатывайте газон один раз в год перед началом стрижки.
17 идей ландшафтного дизайна своими руками, с которых можно начать работу
The Spruce использует только высококачественные источники, в том числе рецензируемые исследования, для подтверждения фактов в наших статьях. Прочтите наш редакционный процесс, чтобы узнать больше о том, как мы проверяем факты и делаем наш контент точным, надежным и заслуживающим доверия.
Газон и уход за газоном | Расширение штата Пенсильвания.
11.1 Перекатывание | Университетская физика Том 1
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать физику качения без проскальзывания
- Объясните, как линейные переменные связаны с угловыми переменными для случая качения без проскальзывания
- Найти линейное и угловое ускорения при качении с проскальзыванием и без него
- Расчет статической силы трения, связанной с качением без проскальзывания
- Использовать энергосбережение для анализа качения
Вращательное движение — это распространенное сочетание вращательного и поступательного движения, которое мы видим повсюду, каждый день. Подумайте о различных ситуациях, когда колеса движутся по шоссе, или колеса самолета приземляются на взлетно-посадочную полосу, или колеса робота-исследователя на другой планете. Понимание сил и крутящих моментов, участвующих в качении , является решающим фактором во многих различных ситуациях.
Для анализа качения в этой главе обратитесь к (Рисунок) в разделе Вращение с фиксированной осью, чтобы найти моменты инерции некоторых общих геометрических объектов. Вы также можете найти его полезным в других расчетах, связанных с вращением.
Перекатывание без проскальзывания
Люди наблюдали перекатывание без проскальзывания с момента изобретения колеса. Например, мы можем посмотреть на взаимодействие шин автомобиля и поверхности дороги. Если водитель нажимает педаль акселератора в пол так, что шины крутятся, а автомобиль не движется вперед, между колесами и поверхностью дороги должно быть кинетическое трение. Если водитель медленно нажимает на педаль акселератора, заставляя автомобиль двигаться вперед, то шины катятся без проскальзывания. Для большинства людей удивительно, что на самом деле нижняя часть колеса находится в покое по отношению к земле, что указывает на наличие статического трения между шинами и поверхностью дороги. На (рисунке) велосипед движется, а всадник остается в вертикальном положении. Шины соприкасаются с дорожным покрытием, и, несмотря на то, что они катятся, нижняя часть шин слегка деформируется, не скользит и находится в состоянии покоя относительно дорожного покрытия в течение измеримого промежутка времени. Для этого между шиной и поверхностью дороги должно быть статическое трение.
Рисунок 11.2 (a) Велосипед движется вперед, и его шины не скользят. Нижняя часть слегка деформированной шины находится в покое относительно поверхности дороги в течение измеримого периода времени. (b) На этом изображении видно, что верхняя часть катящегося колеса кажется размытой из-за его движения, но нижняя часть колеса мгновенно остается в покое. (кредит a: модификация работы Нельсона Лоуренсо; кредит b: модификация работы Колина Роуза)
Чтобы проанализировать качение без проскальзывания, мы сначала выводим линейные переменные скорости и ускорения центра масс колеса через угловые переменные, описывающие движение колеса. Ситуация показана на (рис. ).
Рисунок 11.3 (a) Колесо тянется по горизонтальной поверхности под действием силы [латекс] \overset{\to }{F} [/латекс]. Сила статического трения [латекс] {\overset{\to }{f}}_{\text{S}},|{\overset{\to }{f}}_{\text{S}}|\ le {\mu }_{\text{S}}N [/latex] достаточно большой, чтобы не скользить. (b) Векторы линейной скорости и ускорения центра масс и соответствующие выражения для [латекс] \omega \,\text{и}\,\alpha [/латекс]. Точка P покоится относительно поверхности. (c) Относительно системы центра масс (ЦМ) точка P имеет линейную скорость [латекс] \текст{−}R\omega \hat{i} [/латекс].
Из (Рисунок)(а) мы видим векторы сил, участвующих в предотвращении проскальзывания колеса. На (b) точка P , которая касается поверхности, покоится относительно поверхности. Относительно центра масс точка P имеет скорость [латекс] \text{−}R\omega \hat{i} [/latex], где R — радиус колеса, а [латекс] \omega [/latex] — угловая скорость колеса относительно своей оси. Поскольку колесо катится, скорость P относительно поверхности равна его скорости относительно центра масс плюс скорость центра масс относительно поверхности:
[латекс] {\ overset {\ to} {v}} _ {P} = \ text {−} R \ omega \ hat {i} + {v} _ {\ text {CM}} \ hat {i }. [/latex]
Так как скорость P относительно поверхности равна нулю, [латекс] {v}_{P}=0 [/латекс], это говорит о том, что
[латекс] {v}_{ \text{CM}}=R\omega . [/latex]
Таким образом, скорость центра масс колеса равна его радиусу, умноженному на угловую скорость относительно его оси. Покажем соответствие линейной переменной в левой части уравнения угловой переменной в правой части уравнения. Это сделано ниже для линейного ускорения.
Если продифференцировать (рисунок) в левой части уравнения, то получим выражение для линейного ускорения центра масс. В правой части уравнения R является константой, и поскольку [латекс] \альфа =\фрак{д\омега} {dt}, [/латекс] мы имеем
[латекс] {а}_{\ текст{CM}}=R\alpha . [/latex]
Кроме того, мы можем найти расстояние, которое проходит колесо, в терминах угловых переменных, обратившись к (Рисунок). Когда колесо катится от точки A до точки B , его внешняя поверхность отображается на землю ровно на пройденное расстояние, которое составляет [латекс] {d} _ {\ text {CM}}. [/latex] Мы видим из (Рисунок), что длина внешней поверхности, которая отображается на землю, равна длине дуги [латекс] R\theta \text{} [/латекс]. Приравнивая два расстояния, получаем
[латекс] {d}_{\text{CM}}=R\theta . [/latex]
Рисунок 11.4 Когда колесо катится по поверхности, длина дуги [латекс] R\theta [/латекс] от А до В отображается на поверхность, что соответствует расстоянию [латекс] {d} _{\text{CM}} [/latex], что центр масс сместился.
Пример
Катится по наклонной плоскости
Твердый цилиндр катится по наклонной плоскости без проскальзывания, начиная с состояния покоя. Он имеет массу m и радиус r . а) Чему равно его ускорение? б) Какому условию должен удовлетворять коэффициент трения покоя [латекс] {\му }_{\текст{S}} [/латекс], чтобы цилиндр не скользил?
Стратегия
Нарисуйте эскиз и диаграмму свободного тела и выберите систему координат. Ставим x в направлении вниз по плоскости и y вверх перпендикулярно плоскости. Определить задействованные силы. Это нормальная сила, сила тяжести и сила трения. Запишите законы Ньютона в направлениях x и y и закон Ньютона для вращения, а затем определите ускорение и силу трения.
Решение
- Диаграмма свободного тела и эскиз показаны на (Рисунок), включая нормальную силу, компоненты веса и силу трения покоя. Трения едва хватает, чтобы цилиндр вращался без проскальзывания. Поскольку проскальзывание отсутствует, величина силы трения меньше или равна [латекс] {\ mu }_{S}N [/латекс]. Запись законов Ньютона в x – и y — направления, имеем
[латекс] \сумма {F}_{x}=m{a}_{x};\enspace\sum {F}_{y}=m{a}_{y}.
[/латекс]
Рисунок 11.5 Твердый цилиндр катится по наклонной плоскости, не соскальзывая с места. Система координат имеет x в направлении вниз по наклонной плоскости и y перпендикулярно плоскости. Диаграмма свободного тела показана с нормальной силой, статической силой трения и компонентами веса [латекс] m\overset{\to }{g} [/латекс]. Трение заставляет цилиндр катиться по плоскости, а не скользить.
Замена из диаграммы свободного тела,
[латекс] \begin{array}{ccc}\hfill mg\,\text{sin}\,\theta -{f}_{\text{S}}& =\hfill & m{({a}_ {\ text {CM}})} _ {x}, \ hfill \\ \ hfill N-mg \, \ text {cos} \, \ theta & = \ hfill & 0, \ hfill \\ \ hfill {f} _{\text{S}}& \le \hfill & {\mu }_{\text{S}}N,\hfill \end{массив} [/latex]
мы можем найти линейное ускорение центра масс из этих уравнений:
[латекс] {({a} _ {\ text {CM}})} _ {x} = g (\ text {sin} \, \ theta — {\ mu } _ {S} \ text {cos} \ ,\тета). [/латекс]
Однако полезно выразить линейное ускорение через момент инерции.
Для этого запишем второй закон Ньютона для вращения:
[латекс] \sum {\tau}_{\text{CM}}={I}_{\text{CM}}\alpha . [/латекс]
Крутящие моменты рассчитываются относительно оси, проходящей через центр масс цилиндра. Единственный ненулевой крутящий момент обеспечивается силой трения. У нас есть
[латекс] {f}_{\text{S}}r={I}_{\text{CM}}\alpha . [/латекс]
Наконец, линейное ускорение связано с угловым ускорением на
[латекс] {({a}_{\text{CM}})}_{x}=r\alpha . [/латекс]
Эти уравнения можно использовать для решения [латекса] {a}_{\text{CM}},\alpha ,\,\text{and}\,{f}_{\text{S}} [/latex ] с точки зрения момента инерции, где мы опустили индекс x -. Запишем [латекс] {а}_{\текст{СМ}} [/латекс] через вертикальную составляющую силы тяжести и силы трения и сделаем следующие замены.
[латекс] {a}_{\text{CM}}=g\text{sin}\,\theta -\frac{{f}_{\text{S}}}{m} [/latex] 9{2})}=\frac{1}{3}\text{tan}\,\theta . [/латекс]
Значение
- Линейное ускорение линейно пропорционально [латекс] \text{sin}\,\theta .
[/latex] Таким образом, чем больше угол наклона, тем больше линейное ускорение, как и следовало ожидать. Угловое ускорение, однако, линейно пропорционально [латекс] \текст{sin}\,\тета [/латекс] и обратно пропорционально радиусу цилиндра. Таким образом, чем больше радиус, тем меньше угловое ускорение.
- Чтобы не происходило скольжения, коэффициент статического трения должен быть больше или равен [латекс] (1\текст{/}3)\текст{тан}\,\тета [/латекс]. Таким образом, чем больше угол наклона, тем больше должен быть коэффициент трения покоя, чтобы цилиндр не проскальзывал.
Проверьте свое понимание
Полый цилиндр находится на наклонной поверхности под углом [латекс] 60\text{°}. [/latex] Коэффициент статического трения на поверхности [латекс] {\mu }_{S}=0,6 [/латекс]. а) Катится ли цилиндр без проскальзывания? (b) Будет ли сплошной цилиндр катиться без проскальзывания 9{2})}. [/latex]
Это очень полезное уравнение для решения задач, связанных с качением без проскальзывания. Обратите внимание, что ускорение меньше, чем у объекта, скользящего по плоскости без трения без вращения. Ускорение также будет разным для двух вращающихся цилиндров с разной инерцией вращения.
Качение с проскальзыванием
В случае качения с проскальзыванием мы должны использовать коэффициент кинетического трения, который приводит к кинетической силе трения, поскольку статического трения нет. Ситуация показана на (рис.). В случае проскальзывания [латекс] {v}_{\text{CM}}-R\omega \ne 0 [/латекс], поскольку точка P на колесе не покоится на поверхности, а [латекс] {v}_{P}\ne 0 [/латекс]. Таким образом, [латекс] \omega \ne \frac{{v}_{\text{CM}}}{R},\alpha \ne \frac{{a}_{\text{CM}}}{R} [/латекс].
Рис. 11.6 (a) Между колесом и поверхностью возникает кинетическое трение, поскольку колесо проскальзывает. (b) Простые отношения между линейными и угловыми переменными больше не действуют.
Пример
Скатывание по наклонной плоскости с проскальзыванием
Твердый цилиндр скатывается по наклонной плоскости из состояния покоя и испытывает скольжение ((Рисунок)). Он имеет массу m и радиус r . а) Чему равно его линейное ускорение? б) Чему равно его угловое ускорение относительно оси, проходящей через центр масс?
Стратегия
Нарисуйте эскиз и диаграмму свободного тела, показывающую действующие силы. Диаграмма свободного тела аналогична случаю отсутствия проскальзывания, за исключением того, что сила трения является кинетической, а не статической. Используя второй закон Ньютона, найдите ускорение в x — направление. Используйте второй закон вращения Ньютона, чтобы найти угловое ускорение.
Решение
Рис. 11.7 Твердый цилиндр катится по наклонной плоскости из состояния покоя и испытывает скольжение. Система координат имеет x в направлении вниз по наклонной плоскости и y вверх перпендикулярно плоскости. Диаграмма свободного тела показывает нормальную силу, кинетическую силу трения и компоненты веса [латекс] m\overset{\to}g}. [/latex]
Сумма сил в y -направление равно нулю, поэтому сила трения теперь равна [латекс] {f} _ {\ text {k}} = {\ mu } _ {\ text {k}} N = {\ mu } _ {\ текст{k}}мг\текст{cos}\,\тета . [/latex]
Второй закон Ньютона в направлении x становится
[латекс] \sum {F}_{x}=m{a}_{x}, [/latex]
[латекс] мг \, \ текст {грех} \, \ тета — {\ му} _ {\ текст {к}} мг \, \ текст {соз} \, \ тета = м {({а} _ {\ текст {CM }})}_{x}, [/latex]
или
[латекс] {({a}_{\text{CM}})}_{x}=g(\text{sin}\, \ тета — {\ му } _ {\ текст {K}} \, \ текст {cos} \, \ тета). [/латекс] 9{2}\альфа . [/latex]
Решая для [латекс] \альфа [/латекс], мы имеем
[латекс] \альфа =\frac{2{f}_{\text{k}}}{mr}=\frac {2{\mu} _{\text{k}}g\,\text{cos}\,\theta}{r}. [/latex]
Значение
Запишем линейное и угловое ускорения через коэффициент кинетического трения. Линейное ускорение такое же, как у тела, скользящего по наклонной плоскости с кинетическим трением. Угловое ускорение относительно оси вращения линейно пропорционально нормальной силе, зависящей от косинуса угла наклона. Как [латекс]\тета\до 90\text{°} [/latex], эта сила стремится к нулю, и, таким образом, к нулю обращается угловое ускорение. {2}+mgh. [/латекс]
В отсутствие каких-либо неконсервативных сил, отнимающих энергию из системы в виде тепла, полная энергия катящегося тела без проскальзывания сохраняется и постоянна на всем протяжении движения. Примерами, когда энергия не сохраняется, являются катящийся объект, который скользит, выделение тепла в результате кинетического трения и катящийся объект, встречающий сопротивление воздуха.
Вы можете спросить, почему катящийся объект, который не скользит, сохраняет энергию, ведь сила трения покоя не является консервативной. Ответ можно найти, вернувшись к (Рисунок). Пункт P при контакте с поверхностью находится в состоянии покоя относительно поверхности. Следовательно, его бесконечно малое смещение [латекс] d\overset{\to }{r} [/латекс] относительно поверхности равно нулю, а дополнительная работа, совершаемая силой трения покоя, равна нулю. Мы можем применить закон сохранения энергии к нашему изучению качения, чтобы получить некоторые интересные результаты.
Пример
Марсоход Curiosity
Марсоход Curiosity , показанный на (Рисунок), был отправлен на Марс 6 августа 2012 года. Колеса марсохода имеют радиус 25 см. Предположим, астронавты прибывают на Марс в 2050 году и обнаруживают ныне недействующий Curiosity на краю бассейна. Пока разбирают марсоход, космонавт случайно теряет сцепление с одним из колес, которое катится, не соскальзывая, на дно котловины на 25 метров ниже. Если колесо имеет массу 5 кг, какова его скорость на дне чаши?
Рис. 11.8 Марсоход «Кьюриосити» из научной лаборатории НАСА во время испытаний 3 июня 2011 года. Местонахождение находится внутри Цеха сборки космических кораблей в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. (кредит: NASA/JPL-Caltech)
Стратегия
Мы используем сохранение механической энергии для анализа проблемы. На вершине холма колесо покоится и обладает только потенциальной энергией. На дне бассейна колесо имеет вращательную и поступательную кинетическую энергию, которая должна быть равна начальной потенциальной энергии по закону сохранения энергии. Поскольку колесо катится без проскальзывания, мы используем соотношение [латекс] {v}_{\text{CM}}=r\omega [/латекс], чтобы связать поступательные переменные с вращательными переменными в уравнении сохранения энергии. Затем находим скорость. Из (рис.) видно, что полый цилиндр является хорошим приближением для колеса, поэтому мы можем использовать этот момент инерции для упрощения расчета. 9{2})25,0\,\text{m}}=9,63\,\text{m}\text{/}\text{s}\text{.} [/latex]
Значение
Это довольно точный результат, учитывая, что на Марсе очень мало атмосферы, и потери энергии из-за сопротивления воздуха будут минимальными. Результат также предполагает, что местность гладкая, так что колесо не будет натыкаться на камни и неровности на своем пути.
Кроме того, в этом примере кинетическая энергия или энергия движения поровну распределяется между линейным и вращательным движением. Если мы посмотрим на моменты инерции на (рисунок), то увидим, что полый цилиндр имеет наибольший момент инерции для данного радиуса и массы. Если бы колеса вездехода были твердыми и аппроксимировались твердыми цилиндрами, например, кинетическая энергия была бы больше при прямолинейном движении, чем при вращательном. Это дало бы колесу большую линейную скорость, чем приближение полого цилиндра. Таким образом, сплошной цилиндр достигнет дна бассейна быстрее, чем полый цилиндр.
Резюме
- При качении без проскальзывания между катящимся объектом и поверхностью возникает сила трения покоя. Соотношения [латекс] {v}_{\text{CM}}=R\omega ,{a}_{\text{CM}}=R\alpha ,\,\text{and}\,{d}_ Применяются все {\text{CM}}=R\theta [/latex], так что линейная скорость, ускорение и расстояние до центра масс представляют собой угловые переменные, умноженные на радиус объекта.
- При качении с проскальзыванием между катящимся объектом и поверхностью возникает кинетическая сила трения. В этом случае [латекс] {v}_{\text{CM}}\ne R\omega ,{a}_{\text{CM}}\ne R\alpha ,\,\text{and}\, {d}_{\text{CM}}\ne R\theta[/latex].
- Энергосбережение можно использовать для анализа качения.
Энергия сохраняется при качении без проскальзывания. Энергия не сохраняется при качении с проскальзыванием из-за тепла, выделяемого кинетическим трением.
Концептуальные вопросы
Может ли круглый объект, выведенный из состояния покоя на вершине склона без трения, совершить качение?
Показать решение
Цилиндрическая банка радиусом R катится по горизонтальной поверхности без проскальзывания. а) На какое расстояние переместится его центр масс после одного полного оборота банки? б) Будет ли это расстояние больше или меньше, если произойдет скольжение?
Колесо высвобождается сверху на уклоне. Колесо, скорее всего, будет скользить, если уклон будет крутым или пологим?
Показать решение
Что быстрее скатывается по наклонной плоскости, полый цилиндр или сплошной шар? Оба имеют одинаковую массу и радиус.
Полая сфера и полый цилиндр одинакового радиуса и массы катятся по склону без проскальзывания и имеют одинаковую начальную скорость центра масс. Какой объект достигает большей высоты, прежде чем остановиться?
Показать решение
Задачи
Какова угловая скорость шины диаметром 75,0 см на автомобиле, движущемся со скоростью 90,0 км/ч?
Показать ответ
Мальчик проезжает на велосипеде 2,00 км. Колеса имеют радиус 30,0 см. На какой общий угол поворачиваются шины во время его поездки?
Если мальчик на велосипеде в предыдущей задаче разгоняется из состояния покоя до скорости 10,0 м/с за 10,0 с, каково угловое ускорение шин?
Показать решение
Гоночные автомобили Формулы-1 оснащены шинами диаметром 66 см. Если Формула-1 развивает среднюю скорость 300 км/ч во время гонки, каково угловое смещение в оборотах колес, если гоночная машина поддерживает эту скорость в течение 1,5 часов?
Шарик скатывается по склону на [latex] 30\text{°} [/latex] из состояния покоя. а) Чему равно его ускорение? б) Какой путь он пройдет за 3,0 с?
Показать решение
Повторите предыдущую задачу, заменив шарик цельным цилиндром. Объясните новый результат.
Твердое тело с цилиндрическим поперечным сечением высвобождается из верхней части склона [латекс] 30\text{°} [/латекс]. Он опускается на 10,0 м за 2,60 с. Найти момент инерции тела через его массу м и радиус r.
Показать решение
Йо-йо можно представить в виде сплошного цилиндра массой m и радиусом r , по окружности которого намотана легкая нить (см. ниже). Один конец нити зафиксирован в пространстве. Если цилиндр падает при разматывании струны без проскальзывания, каково ускорение цилиндра?
Сплошной цилиндр радиусом 10,0 см катится по склону с проскальзыванием. Угол наклона составляет [латекс] 30\текст{°}. [/latex] Коэффициент кинетического трения о поверхность 0,400. Чему равно угловое ускорение твердого цилиндра? Чему равно линейное ускорение?
Показать решение
Шар для боулинга катится по пандусу высотой 0,5 м, не соскальзывая при этом на хранение. Его начальная скорость центра масс равна 3,0 м/с. а) Какова его скорость на вершине рампы? б) Если пандус имеет высоту 1 м, дойдет ли он до вершины?
Сплошной цилиндр массой 40,0 кг катится по горизонтальной поверхности со скоростью 6,0 м/с. Какая работа требуется, чтобы остановить его?
Показать решение
Твердый шар массой 40,0 кг катится по горизонтальной поверхности со скоростью 6,0 м/с. Какая работа требуется, чтобы остановить его? Сравните результаты с предыдущей задачей.
Сплошной цилиндр катится по склону под углом [латекс] 20\text{°}. [/latex] Если он стартует снизу со скоростью 10 м/с, как далеко он продвинется по склону?
Показать решение
Сплошное цилиндрическое колесо массой M и радиусом R притягивается силой [латекс] \overset{\to} {F} [/латекс], приложенной к центру колеса в точке [латекс] 37\ text{°} [/latex] по горизонтали (см. следующий рисунок). Если колесо должно катиться без проскальзывания, каково максимальное значение [латекс] |\overset{\to }{F}|? [/latex] Коэффициенты статического и кинетического трения равны [латекс] {\mu }_{\text{S}}=0,40\,\text{and}\,{\mu}_{\text{k}} =0,30.