ПДД он-лайн
На знаках 5.8.1, 5.8.2 может быть отражена информация об ограничениях дорожного движения на перекрестке (нанесены изображения запрещающих или предписывающих знаков). Знаки 5.8.1, 5.8.2, разрешающие поворот налево с крайней левой полосы движения, разрешают и разворот с этой полосы. Конфигурация стрелок может быть изменена в соответствии с конфигурацией конкретного перекрестка.
Действие знаков 5.8.1, 5.8.2, установленных перед перекрестком, распространяется на весь перекресток, если знаки 5.8.1, 5.8.2 или 4.1.1–4.1.6, установленные на перекрестке, не дают других указаний
Если на знаке, установленном перед дополнительной полосой движения, нанесено изображение знака 4.4 или 4.7, то водитель транспортного средства, которое не может продолжить движение по основной полосе с учетом требований указанных знаков, должен перестроиться на дополнительную полосу движения
Части знаков 5.8.7, 5.8.8, обозначающие количество полос для встречных направлений движения, могут быть выполнены в виде отдельных знаков, установленных на небольшом расстоянии один от другого
В нижней части знака может быть нанесено изображение таблички 7.2.1 с указанием расстояния, равного протяженности посадочной площадки
Данный остановочный пункт может быть обозначен двумя знаками 5.14.1, установленными в начале и в конце посадочной площадки. В этом случае в нижней части первого по ходу движения знака может быть нанесено изображение таблички 7.2.1 с указанием протяженности посадочной площадки, а также информация о количестве транспортных средств, которым разрешено одновременно находиться на остановочном пункте
В населенных пунктах зона стоянки такси может быть обозначена двумя знаками 5.14.2, один из которых устанавливается в начале зоны с табличкой 7.2.1, второй — в конце зоны стоянки
На знаках могут быть нанесены символы автомагистрали, аэропорта, изображения знаков 5.29.1, 5.29.2, а также других символов и знаков, информирующих об особенностях дорожного движения.
В нижней части знака 5.20.1 указывается расстояние от места его установки до перекрестка или начала полосы торможения.
Знак 5.20.1 применяется также для указания схемы маршрута объезда участков дорог, на которых установлен один из запрещающих знаков 3.4, 3.6, 3.11.1, 3.12.1, 3.13–3.15.1. В этом случае на знаке должны быть нанесены схема маршрута объезда и изображение соответствующего запрещающего знака
На знаке могут быть нанесены расстояния до указанных на них объектов, символы автомагистрали, аэропорта, изображения знаков 5.29.1, 5.29.2, а также других символов и знаков, информирующих об особенностях дорожного движения
На знаке могут быть нанесены расстояния до указанных на них объектов, символы автомагистрали, аэропорта, изображения знаков 5.29.1, 5.29.2, а также других символов и знаков, информирующих об особенностях дорожного движения
На знаках 5.29.1, 5.29.3 с зеленым фоном указывается номер дороги, включенной в Европейскую систему автомобильных магистралей, с красным фоном — номер магистральной или республиканской дороги, с белым фоном — номер местной дороги
Центр организации дорожного движения
Реверсивное движение: тонкости и нюансы
Уже скоро ожидается открытие реверсивного движения на Университетском мосту в областном центре. Что это такое и как ориентироваться участникам дорожного движения – давайте разбираться.
Реверсивное движение – это движение по выделенной полосе, которое осуществляется в определенное время в одном направлении, а в другое время – в противоположном.
Для обозначения дороги с реверсивным движением применяются дорожные знаки «реверсивное движение».
Первый знак, который увидят водители, называется «Начало реверсивного движения». Это знак 5.8.
Знак, обозначающий окончание полосы реверсивного движения, располагается в конце этой полосы или дороги с реверсивным движением. Это знак 5.9.
Выезд на дорогу с реверсивным движением обозначает знак 5.10.
После того, как вы увидели такие знаки, сразу обратите внимание на реверсивные светофоры. При повороте на полосу реверсивного движения вам необходимо занять крайнюю правую полосу. Смотрим пункт 9.8. Правил дорожного движения: «При повороте на дорогу с реверсивным движением водитель должен вести транспортное средство таким образом, чтобы при выезде с пересечения проезжих частей транспортное средство заняло крайнюю правую полосу. Перестроение разрешается только после того, как водитель убедится, что движение в данном направлении разрешается и по другим полосам».
Кроме того, крайнюю правую полосу также необходимо занять и при повороте налево, на дорогу с реверсивным движением.
Реверсивные светофоры.
Реверсивные светофоры предназначены только для регулирования движения на реверсивной полосе, непосредственно над которой они расположены.
Смотрим пункт 6.7. Правил дорожного движения: «Для регулирования движения транспортных средств по полосам проезжей части, в частности по тем, направление движения по которым может изменяться на противоположное, применяются реверсивные светофоры с красным X-образным сигналом и зеленым сигналом в виде стрелы, направленной вниз. Эти сигналы соответственно запрещают или разрешают движение по полосе, над которой они расположены.
Основные сигналы реверсивного светофора могут быть дополнены желтым сигналом в виде стрелы, наклоненной по диагонали вниз направо или налево, включение которой информирует о предстоящей смене сигнала и необходимости перестроиться на полосу, на которую указывает стрела».
На реверсивном светофоре определенным цветом обозначен определенный символ: красный – крест, запрещающий движение, зеленый – стрелка, разрешающая движение по полосе.
Разметка.
Полоса для реверсивного движения обозначена специальной разметкой 1.9. – двойная прерывающаяся линия, у которой разрыв линии в 3 раза короче, чем ее сплошная часть.
Разметка для реверсивного движения может располагаться как с одной стороны, так и с обеих. Пересекать двойную прерывистую линию при отключенных светофорах возможно лишь в том случае, если она расположена справа от водителя.
Если светофор не горит, и есть разметка 1.9, то въезд на такую полосу запрещен.
Знаки особых предписаний. Правила дорожного движения
Знаки особых предписаний вводят или отменяют определенные режимы движения.
5.1. «Автомагистраль».
Дорога, на которой действуют требования Правил дорожного движения Российской Федерации, устанавливающие порядок движения по автомагистралям.
5.2. «Конец автомагистрали».
5.3. «Дорога для автомобилей».
Дорога, предназначенная для движения только автомобилей, автобусов и мотоциклов.
5.4. «Конец дороги для автомобилей».
5.5. «Дорога с односторонним движением».
Дорога или проезжая часть, по которой движение механических транспортных средств по всей ширине осуществляется в одном направлении.
5.6. «Конец дороги с односторонним движением».
5.7.1, 5.7.2. «Выезд на дорогу с односторонним движением».
Выезд на дорогу или проезжую часть с односторонним движением.
5.8. «Реверсивное движение».
Начало участка дороги, на котором на одной или нескольких полосах направление движения может изменяться на противоположное.
5.9. «Конец реверсивного движения».
5.10. «Выезд на дорогу с реверсивным движением».
5.11.1. «Дорога с полосой для маршрутных транспортных средств».
Дорога, по которой транспортные средства, допущенные к движению по полосам для маршрутных транспортных средств, движутся по специально выделенной полосе навстречу общему потоку транспортных средств.
5.11.2. «Дорога с полосой для велосипедистов».
Дорога, по которой движение велосипедистов и водителей мопедов осуществляется по специально выделенной полосе навстречу общему потоку транспортных средств.
5.12.1. «Конец дороги с полосой для маршрутных транспортных средств».
5.12.2. «Конец дороги с полосой для велосипедистов».
Дорожный знак представляет собой дорожный знак 5.11.2 , изображение которого перечеркнуто диагональной красной полосой из левого нижнего угла в правый верхний угол знака.
5.13.1, 5.13.2. «Выезд на дорогу с полосой для маршрутных транспортных средств».
5.13.3, 5.13.4. «Выезд на дорогу с полосой для велосипедистов».
5.14. «Полоса для маршрутных транспортных средств».
Специально выделенная полоса, по которой транспортные средства, допущенные к движению по полосам для маршрутных транспортных средств, движутся попутно общему потоку транспортных средств
5.14.1. «Конец полосы для маршрутных транспортных средств».
5.14.2. «Полоса для велосипедистов».
5.15.1. «Направления движения по полосам».
Число полос и разрешенные направления движения по каждой из них.
5.15.3. «Начало полосы».
Начало дополнительной полосы на подъеме или полосы торможения.
Если на знаке, установленном перед дополнительной полосой, изображен знак (знаки) 4.6
«Ограничение минимальной скорости», то водитель транспортного средства, который не может продолжать
движение по основной полосе с указанной или большей скоростью, должен перестроиться на полосу,
расположенную справа от него.
5.15.4. «Начало полосы».
Начало участка средней полосы трехполосной дороги, предназначенного для движения в данном направлении. Если на знаке 5.15.4 изображен знак, запрещающий движение каким-либо транспортным средствам, то движение этих транспортных средств по соответствующей полосе запрещается.
5.15.5. «Конец полосы».
Конец дополнительной полосы на подъеме или полосы разгона.
5.15.6. «Конец полосы».
Конец участка средней полосы на трехполосной дороге, предназначенного для движения в данном направлении.
5.15.8. «Число полос».
Указывает число полос движения и режимы движения по полосам. Водитель обязан выполнять требования знаков, нанесенных на стрелки.
5.16. «Место остановки автобуса и (или) троллейбуса».
5.17. «Место остановки трамвая».
5.18. «Место стоянки легковых такси».
5.20. «Искусственная неровность».
Обозначает границы искусственной неровности.
Знак устанавливается на ближайшей границе искусственной неровности относительно приближающихся транспортных средств.
5.21. «Жилая зона».
Территория, на которой действуют требования Правил дорожного движения Российской Федерации, устанавливающие порядок движения в жилой зоне.
5.22. «Конец жилой зоны».
5.23.1, 5.23.2. «Начало населенного пункта».
Начало населенного пункта, в котором действуют требования Правил дорожного движения Российской Федерации, устанавливающие порядок движения в населенных пунктах.
5.24.1, 5.24.2. «Конец населенного пункта».
Место, с которого на данной дороге утрачивают силу требования Правил дорожного движения Российской Федерации, устанавливающие порядок движения в населенных пунктах.
5.25. «Начало населенного пункта».
Начало населенного пункта, в котором на данной дороге не действуют требования Правил дорожного движения Российской Федерации, устанавливающие порядок движения в населенных пунктах.
5.26. «Конец населенного пункта».
Конец населенного пункта, обозначенного знаком 5.25 .
5.27. «Зона с ограничением стоянки».
Место, с которого начинается территория (участок дороги), где стоянка запрещена.
5.28. «Конец зоны с ограничением стоянки».
5.29. «Зона регулируемой стоянки».
Место, с которого начинается территория (участок дороги), где стоянка разрешена и регулируется с помощью табличек и разметки.
5.30. «Конец зоны регулируемой стоянки».
5.31. «Зона с ограничением максимальной скорости».
Место, с которого начинается территория (участок дороги), где ограничена максимальная скорость движения.
5.32. «Конец зоны с ограничением максимальной скорости».
5.33. «Пешеходная зона».
Место, с которого начинается территория (участок дороги), на которой разрешено движение пешеходов, и в случаях, установленных пунктами 24.2 — 24.4 настоящих Правил, велосипедистов.
5.33.1 «Велосипедная зона».
Место, с которого начинается велосипедная зона.
5.34. «Конец пешеходной зоны».
5.34.1 «Конец велосипедной зоны».
5.35. «Зона с ограничением экологического класса механических транспортных средств». Место, с которого начинается территория (участок дороги), где запрещено движение механических транспортных средств:
экологический класс которых, указанный в регистрационных документах на эти транспортные средства, ниже экологического класса, указанного на знаке;
- экологический класс которых не указан в регистрационных документах на эти транспортные средства.
5.36. «Зона с ограничением экологического класса грузовых автомобилей». Место, с которого начинается территория (участок дороги), где запрещено движение грузовых автомобилей, тракторов и самоходных машин:
экологический класс которых, указанный в регистрационных документах на эти транспортные средства, ниже экологического класса, указанного на знаке;
- экологический класс которых не указан в регистрационных документах на эти транспортные средства.
5.37. «Конец зоны с ограничением экологического класса механических транспортных средств».
5.38. «Конец зоны с ограничением экологического класса грузовых автомобилей».
Водителей оставили без полос – Общество – Коммерсантъ
В Москве прекращают работу полосы реверсивного движения на Ярославском шоссе и шоссе Энтузиастов. В ближайшее время на этих трассах начнется ремонт, поэтому организацию движения пришлось поменять. Ранее из-за реконструкции магистралей властям пришлось отказаться и от введения ряда полос, выделенных для автобусов.
Как сообщили в четверг в Центре организации дорожного движения (ЦОДД) правительства Москвы, временно прекращают работу полосы реверсивного движения на Ярославском шоссе и шоссе Энтузиастов. «Реверсивное движение не будет осуществляться на указанных участках дорог в связи с их реконструкцией в рамках городского заказа департамента строительства города Москвы,— заявили в ЦОДД.— После завершения работ по реконструкции указанных магистралей планируется вновь запустить в работу участки реверсивного движения». Сроки окончания работ не сообщаются, ориентировочно это произойдет в 2013–2014 годах.
Напомним, что при организации реверсивных полос направление движения по центральной полосе дороги меняется в зависимости от времени суток. Для этого над улицей вешаются специальные светофоры с красным X-образным сигналом и зеленым сигналом в виде стрелы, направленной вниз. Включая реверс, удается пропустить больший поток транспорта в область или в центр города, не расширяя при этом проезжую часть. До настоящего момента в столице было организовано реверсивное движение на шести участках: на Волгоградском проспекте, шоссе Энтузиастов, Ярославском шоссе от МКАД до Северянинского путепровода, проспекте Мира от Садового кольца до Третьего транспортного кольца, Рязанском проспекте от улицы Академика Скрябина до МКАД и Шереметьевской улице от ТТК до Калибровского путепровода. Практика показывает, что участки с реверсивным движением позволяют эффективно бороться с пробками, разгружая самые проблемные направления.
В соответствии с решением ЦОДД реверсивное движение уже снято на шоссе Энтузиастов. На Ярославке это произойдет в ближайшие дни. Для этого будут демонтированы светофоры и нанесена временная (желтая или красная) разметка в виде двойной сплошной разделительной линии.
Ранее из-за ремонта дорог столичные власти временно перенесли ввод полос, выделенных для общественного транспорта, на Смоленской улице, улице Красная Пресня, Новослободской улице, Большой Дорогомиловской улице, проспекте 60-летия Октября и Профсоюзной улице, проспекте Мира, улице Большие Каменщики и в Новоспасском проезде. Разметку для этих полос сначала нанесли, но теперь ее демаркируют, а после ремонта нанесут вновь. Ранее ряд СМИ сообщил, что столичные власти от введения полос на этих участках вообще отказались, однако московские власти эту информацию опровергли. «На сегодняшний день в городе действует 8 полос, в том числе по 4 из них движутся четыре полуэкспрессных маршрута с номерами 900,— заявил глава департамента транспорта Максим Ликсутов.— В сентябре-ноябре 2012 года город введет в эксплуатацию еще 11 выделенных полос для общественного транспорта».
Иван Буранов
Транспортный коллапс на дорогах – вполне привычное явление для современной жизни. Заторы и пробки отнимают массу времени, вынуждая их участников опаздывать на важные встречи и мероприятия.
И если в данных условиях рядовые водители способны внести коррективы в свои планы (например, отменить или перенести встречу), то каким образом водителю маршрутного транспортного средства соблюсти график своего движения в условиях постоянных заторов на дорогах?
Выход из этой ситуации может быть найден с помощью выделения специальной полосы для движения маршрутных транспортных средств.
Правила предусматривают оформление данной полосы с помощью специальных дорожных знаков и разметки в виде огромной буквы «А».
Знак «Дорога с полосой для маршрутных транспортных средств» используется для обозначения участка дороги, на котором для маршрутных транспортных средств выделена специальная полоса для движения.
Причем, движение по этой полосе будет осуществляться навстречу общему транспортному потоку.
Правила предполагают повторную установку знака «Дорога с полосой для маршрутных транспортных средств» после перекрестка.
Цель подобного способа установки знака – это дополнительное (и отнюдь не лишнее!) информирование водителей о движении по особому участку дороги.
Как основной, так и повторные знаки могут устанавливаться на правой и левой сторонах дороги, а также над проезжей частью — на растяжке.
Требования, которые рядовому водителю предъявляет знак «Дорога с полосой для маршрутных транспортных средств», заключаются в категорическом запрещении движения по данной полосе, а также остановки и стоянки на ней.
Таким образом, знак «Дорога с полосой для маршрутных транспортных средств» обозначает особый участок дороги, на котором существует специальная полоса, предназначенная для движения только маршрутных ТС и легковых такси во встречном направлении.
Выезд на данную полосу иных транспортных средств, а также их движение, остановка и стоянка категорически запрещены.
Мини-тест
1. Что означает данный дорожный знак?Знак реверсивное движение что это такое
ПДД 6.7 — Реверсивный светофор
Для регулирования движения транспортных средств по полосам проезжей части, в частности по тем, направление движения по которым может изменяться на противоположное, применяются реверсивные светофоры с красным X-образным сигналом и зеленым сигналом в виде стрелы, направленной вниз. Эти сигналы соответственно запрещают или разрешают движение по полосе, над которой они расположены.
Основные сигналы реверсивного светофора могут быть дополнены желтым сигналом в виде стрелы, наклоненной по диагонали вниз направо или налево, включение которой информирует о предстоящей смене сигнала и необходимости перестроиться на полосу, на которую указывает стрела.
При выключенных сигналах реверсивного светофора, который расположен над полосой, обозначенной с обеих сторон разметкой 1.9 , въезд на эту полосу запрещен.
Разрешен ли Вам обгон, если реверсивные светофоры отключены?
| 1. | Разрешен. | |
| 2. | Разрешен, если скорость автобуса менее 30 км/ч. | |
| 3. | Не разрешен. |
В случае если реверсивные светофоры выключены, двойную прерывистую можно пересекать, если она расположена справа от водителя. Поскольку разметка слева от Вас, то обгон запрещен независимо от скорости движения автобуса.
Можете ли Вы обогнать грузовой автомобиль?
Вы не можете обогнать грузовой автомобиль, так как красный сигнал реверсивного светофора запрещает использовать для движения в данном направлении другие полосы, кроме крайней правой.
Разрешено ли Вам за перекрестком въехать на полосу с реверсивным движением?
Зеленый сигнал светофора разрешает движение через перекресток. Выключенные сигналы реверсивного светофора означают, что въезд на полосу, обозначенную двойной прерывистой разметкой , Вам запрещен и движение за перекрестком возможно только по правой полосе.
Разрешается ли Вам перестроиться на полосу с реверсивным движением в данной ситуации?
| 1. | Разрешается. | |
| 2. | Разрешается только для поворота налево или разворота. | |
| 3. | Запрещается. |
Зеленый сигнал реверсивного светофора разрешает Вам пересечь расположенную слева двойную прерывистую линию разметки и двигаться по полосе с реверсивным движением.
Разрешается ли Вам перестроиться?
| 1. | Разрешается только на соседнюю полосу. | |
| 2. | Разрешается, если скорость грузового автомобиля менее 30 км/ч. | |
| 3. | Запрещается. |
Въезд на полосы движения, не обозначенные с обеих сторон разметкой 1.9 , не запрещается п. 6.7. Слева от Вас находится линия разметки 1.5 , которую можно пересекать. При выключенных реверсивных светофорах двойная прерывистая разметка разделяет транспортные потоки противоположных направлений, поэтому Вы можете перестроиться только на соседнюю полосу.
Если реверсивные светофоры выключились, Вам следует:
| 1. | Немедленно перестроиться вправо на соседнюю полосу. | |
| 2. | При отсутствии встречных транспортных средств продолжить движение по полосе. | |
| 3. | Продолжить движение по полосе только до перекрестка. |
При следовании по полосе, обозначенной с обеих сторон дорожной разметкой 1.9 , направление движения по которой может меняться на противоположное, в случае отключения реверсивных светофоров вы должны немедленно перестроиться вправо на соседнюю полосу п. 6.7.
ruspdd.com
Все о знаке «реверсивное движение»
Правила дорожного движения предусматривают огромное количество знаков. Однако, есть такие, с которыми водители на дороге встречаются крайне редко. К таким знакам относится «Реверсивное движение».
Несмотря на то что знак реверсивного движения мало известен, водителям его необходимо знать, так как редко встречающиеся знаки лишь подчеркивают важность правильной реакции во время движения по неизвестному маршруту.
Основные понятия
Реверсивное движение — это участок дороги, на котором по одной или нескольким полосам направление движения может изменяться на противоположное.
Видео о реверсивном движении:
К примеру, в определенные дни недели реверсивные полосы разрешают движение в одном направлении, а в другие — в противоположном. Такой порядок позволяет разгрузить дорогу или автомагистраль в определенные временные промежутки и избежать чрезмерного скопления автотранспортных средств в одном направлении.
Реверсивная полоса движения не бывает длиной в целую магистраль, так как вне городской черты такое явление может представлять серьезную опасность для всех участников дорожного движения. Они имеют определенные границы и четко обозначены на дорожном полотне специальной разметкой и информационно-указательным знаком. Стандартное расположение реверсивной полосы — центральное, однако, в редких случаях возможно отхождение от стандарта.
Способы обозначения реверсивного движения
Правилами дорожного движения предусмотрено три вида обозначения реверсивного движения: информационно-указательный знак; реверсивный светофор; специальная разметка.
- Знак реверсивного движения представляет собой белую вертикальную полоску с двумя стрелочками на концах, которая нанесена на голубое поле прямоугольной формы с белым ободком по краю. Этот знак по внешнему виду напоминает знак «Движение прямо», поэтому крайне важно не перепутать его во время движения, так как такая ошибка может привести к печальным последствиям.
- Реверсивный светофор предназначен для регулировки движения по реверсивной полосе движения. Он устанавливается непосредственно перед началом полосы и сигнализирует о возможности или запрете движения в определенном направлении.
- Разметка дополняет знак и представляет собой две или более двойные прерывающиеся полосы, которые расположены параллельно друг другу. Длина разрывов между полосами составляет 1/3 прорисованной полосы.
Как обозначается полоса реверсивного движения на видео:
Особенности движения по реверсивному участку дороги
Согласно правилам дорожного движения, движение по реверсивным участкам дороги возможно только при разрешающем сигнале светофора. Во всех остальных случаях въезд на полосу запрещен. Поэтому во время длительных путешествий в незнакомую местность, особенно в зимний период, важно уточнить наличие таких дорог на пути и заранее подготовится ко встрече с ними. Ведь неготовность может привести к сюрпризам в виде потери конкретной суммы денег, а также к опасным аварийным ситуациям.
В случае внезапного изменения движения по реверсивной полосе, разметку разрешается пересекать только справа от водителя. Остановка на реверсивной полосе категорически запрещена, даже в случае неисправности автомобиля. В таких ситуациях рекомендуется незамедлительно убрать транспортное средство с полосы и таким образом, избежать аварийных ситуаций.
Реверсивное движение в городских условиях:
Въезд транспортного средства на реверсивную полосу возможен только в случае занятости крайней правой полосы и исключительно при разрешающем сигнале реверсивного светофора. Если крайняя правая полоса свободна, то движение следует продолжать по ней, вне зависимости от сигнала светофора.
2auto.su
Разметка при реверсивном движении
Добрый день, уважаемый читатель.
Продолжим разговор о правилах дорожного движения, связанных с движением по дороге с реверсивными полосами.
В этой статье речь пойдет о том, как отличить реверсивную полосу от обычных полос движения, предназначенных для движения в одном направлении. Количество реверсивных полос на дороге ограничено и определяется именно разметкой.
Обычно дороги с реверсивным движением имеют 1 или 2 реверсивных полосы, расположенные в центре проезжей части.
При этом полосы должны обозначаться разметкой 1.9. Она представляет собой двойную прерывистую линию, при этом длина сплошной части разметки в 3 раза больше, чем расстояние между соседними штрихами.
1.9 — обозначает границы полос движения, на которых осуществляется реверсивное регулирование; разделяет транспортные потоки противоположных направлений (при выключенных реверсивных светофорах) на дорогах, где осуществляется реверсивное регулирование;
Сколько реверсивных полос движения на дороге?
На практике существуют 2 варианта нанесения реверсивной разметки:
- Единственная линия разметки 1.9 в центре дороги. В этом случае реверсивными являются 2 полосы. Одна расположенная справа от разметки и одна расположенная слева.
- Несколько линий разметки 1.9 на дороге. В этом случае реверсивными являются полосы, которые с двух сторон ограничены реверсивной разметкой.
Любопытным оказывается тот факт, что не предусмотрено никаких знаков для обозначения реверсивных полос. Существует только знак обозначающий дорогу с реверсивной полосой. А вот о том, по каким полосам осуществляется движение, можно судить только по разметке. Что касается реверсивных светофоров, то они только регулируют порядок движения, и полос не обозначают.
При этом при неблагоприятных дорожных условиях (лежит снег, грязь или разметка стерлась от времени) могут возникнуть проблемы с определением границ или наличия реверсивных полос. Ведь отсутствие разметки означает и отсутствие полос.
Что делать при отсутствии реверсивных светофоров?
Линию 1.9 при отсутствии реверсивных светофоров или когда они отключены разрешается пересекать, если она расположена справа от водителя.
Если есть реверсивная разметка, а светофоров нет, то выезжать на реверсивные полосы, обозначенные разметкой с двух сторон, не нужно.
После прочтения данной статьи Вы без проблем сможете определить, есть ли на дороге реверсивные полосы, а также каково их количество. Ну а следующей статье серии будут рассмотрены дорожные знаки на дорогах с реверсивным движением.
Удачи на дорогах!
pddmaster.ru
Реверсивное движение на дороге. Светофоры при реверсивном движении.
Добрый день, уважаемые читатели. В данной статье мы закончим разговор о правилах дорожного движения, связанных с движением по дорогам с реверсивными полосами и поговорим о сигналах реверсивных светофоров.
Если Вы по каким-либо причинам пропустили предыдущие статьи, то можете прочитать их:
Реверсивное движение на дороге. Часть 1. Реальность или миф?
Реверсивное движение на дороге. Часть 2. Разметка при реверсивном движении.
Реверсивное движение на дороге. Часть 3. Знаки при реверсивном движении.
Перейдем непосредственно к реверсивным светофорам.
Правила дорожного движения, описывающие работу реверсивных светофоров:
6.7. Для регулирования движения транспортных средств по полосам проезжей части, в частности по тем, направление движения по которым может изменяться на противоположное, применяются реверсивные светофоры с красным X-образным сигналом и зеленым сигналом в виде стрелы, направленной вниз. Эти сигналы соответственно запрещают или разрешают движение по полосе, над которой они расположены.
Сигналы самого простого реверсивного светофора аналогичны сигналам обычного круглого светофора, с той лишь разницей, что распространяют они свое действие только на ту полосу, над которой установлен светофор, а не на перекресток. Соответственно красный крест запрещает движение по полосе, а зеленая стрелка — разрешает.
Основные сигналы реверсивного светофора могут быть дополнены желтым сигналом в виде стрелы, наклоненной по диагонали вниз направо или налево, включение которой информирует о предстоящей смене сигнала и необходимости перестроиться на полосу, на которую указывает стрела.
А вот дополнительный сигнал — желтый, отличается от круглого светофора. Если на перекрестке желтый сигнал запрещает движение, то реверсивный сигнал информирует о необходимости перестроиться на соседнюю полосу. Заметьте, что такой сигнал не запрещает движение, и поэтому, в принципе, можно полосы не менять до включения красного сигнала.
В желтом сигнале любопытно также и то, что стрелка может показывать в любую сторону. И если перестроение на правую полосу со средней — достаточно понятное явление, то перестроение со средней полосы на левую — достаточно интересное явление. Не знаю, для чего может применяться такой светофор. Замечу, что он также не обязывает двигаться в направлении стрелки, а только информирует об этом. Поэтому, если предлагается перестроиться на левую полосу, то можно без нарушения правил перестроиться и на правую, движение по которой не запрещено.
При выключенных сигналах реверсивного светофора, который расположен над полосой, обозначенной с обеих сторон разметкой 1.9, въезд на эту полосу запрещен.
Отмечу здесь, что нельзя въезжать только на полосу, обозначенную разметкой 1.9 с обеих сторон. Т.е. могут существовать реверсивные полосы обозначенные разметкой с одной стороны или не обозначенные вовсе. На такие полосы можно въезжать при выключенных сигналах светофора.
Обобщенные правила для реверсивных светофоров
1. На реверсивную полосу можно въезжать и продолжать ехать по ней, если над ней горит зеленый или желтый сигнал реверсивного светофора.
2. На реверсивную полосу нельзя въезжать и продолжать ехать по ней, если над ней горит красный сигнал или светофор не работает.
3. Нужно покинуть реверсивную полосу, если над ней загорелся красный сигнал или светофоры перестали работать.
Теперь Вам известны все правила движения по дорогам с реверсивными полосами, поэтому Вы можете без опаски путешествовать по Волгоградскому проспекту, а в будущем и по другим реверсивным дорогам.
pddmaster.ru
термодинамика — В обратном времени объекты в состоянии покоя падают вверх?
Для ограниченного контекста ньютоновской механики я предоставлю вам недемонстративное понимание:
Если вы возьмете большинство задач по механике, которые можно найти в учебнике (например, два тела, вращающиеся друг вокруг друга, и точечная планета, вращающаяся вокруг неподвижного тела большой массы, или массы, подвешенной на пружине, или колеса твердого тела, катящегося по поверхности (это более теоретически более сложно)), и при заданных начальных условиях (положение и скорости всех соответствующих масс) в момент времени t0 (скорости) и силы, которые дают уравнения движения, если вы решите и найдете уникальное решение для движения участвующих тел, вы действительно сможете это сделать, и это сработает.
Возьмите время t1> t0 и обратите внимание на «начальные условия» там (мы называем их «конечными условиями»). Поменяйте знак скоростей конечных условий, но сохраните их положения, и если вы назовете это новое «начальное состояние» условия 2 «, если вы теперь решите те же самые силы, с» начальными условиями 2 «в качестве начальных входных данных, вы обнаружите, что единственное решение — это фильм, воспроизведенный в обратном направлении от предыдущего найденного решения, и что в момент t0 фактически массы «возвращаются» в те же места, и со скоростями менялся только знак.
Один из способов понять это заключается в том, что если вы «записываете с помощью камеры» фильм исходного решения и воспроизводите его в обратном порядке, очень интуитивно понятно, что сравнение фильмов в соответствующие моменты: -Позиции масс точно совпадают. -Скорости имеют прямо противоположный знак. -Ускорение точно совпадает.
Потому что каждый раз, когда вы выводите, вы умножаете на знак минус, потому что время идет «неправильным путем». Скорости получают знак минус, а затем ускорение — это скорости с новым знаком минус, поэтому оно должно быть таким же.
Это означает, что если в один и тот же момент ускорение одинаково, а положение такое же, поскольку уравнения Ньютона обычно не зависят от скоростей (И КОГДА ОНИ ДЕЛАЮТ ВЕСЬ ОТВЕТ НЕДЕЙСТВИТЕЛЬНЫ, ЕСЛИ СИЛА ЗАВИСИТ ОТ СКОРОСТИ, КАК трение с воздухом) , то будьте осторожны) тогда должны выполняться уравнения Ньютона с тем же определением силы. Вот почему при решении вы получите именно тот фильм, который вам нужен.
Нет, законы физики не совпадают вперед и назад во времени
Wikimedia Commons Пользователи Майкл Мэггс и (отредактированный) Ричард БартцНезависимо от того, когда, где или что вы находитесь во Вселенной, вы воспринимаете время только в одном направлении: вперед. В нашем повседневном опыте часы никогда не идут назад; яичница-болтунья никогда не разваривается и не разбивается сама; разбитое стекло никогда самопроизвольно не собирается заново.Но если вы посмотрите на законы физики, которые управляют тем, как устроена Вселенная — от законов движения Ньютона до квантовой физики субатомных частиц — вы обнаружите нечто странное и неожиданное: правила точно такие же идет ли время вперед или назад.
Это соответствует определенной симметрии природы: T -симметрия, или инвариантность относительно обращения времени. Наш повседневный опыт довольно убедительно показывает нам, что законы физики должны нарушать эту симметрию, но в течение десятилетий мы не могли этого продемонстрировать.Но несколько лет назад мы экспериментально доказали, что законы физики различаются в зависимости от того, в каком направлении течет время. Вот как мы узнаем.
Getty ImagesПредставьте, что вы и ваш друг решили поехать в Пизу, где один из вас стоит на знаменитой падающей башне, а другой находится внизу, внизу. Сверху тот, кто бросает мяч с края, может легко предсказать, где он приземлится внизу.Тем не менее, если бы человек внизу бросил мяч вверх с равной и противоположной скоростью мячу, который только что приземлился, он прибыл бы точно в то место, откуда человек вверху бросил свой мяч.
Это ситуация, в которой сохраняется инвариантность относительно обращения времени: когда T -симметрия не нарушается. Обращение времени можно представить себе так же, как и обращение движения: если правила одинаковы, независимо от того, запускаете ли вы часы вперед или назад, существует истинная симметрия T .Но если правила отличаются, когда часы идут назад, когда часы идут вперед, симметрия T должна быть нарушена.
Пользователь Wikimedia Commons KreaЕсть две очень, очень веские (но косвенные) причины полагать, что симметрия T должна быть нарушена на каком-то глубоком фундаментальном уровне. Первая — это доказанная теорема, известная как теорема CPT .Если у вас есть квантовая теория поля, которая подчиняется правилам относительности, т.е. является инвариантом Лоренца, эта теория должна демонстрировать симметрию CPT .
Есть три симметрии, которые являются как дискретными, так и фундаментальными в контексте Стандартной модели физики элементарных частиц:
- C -симметрия, которая требует, чтобы вы заменили все частицы их античастицами,
- P -симметрия, которая требует, чтобы вы заменили все частицы их зеркальными отражениями, и
- T -симметрия, которая требует, чтобы вы запускали законы физики назад во времени, а не вперед.
Теорема CPT говорит нам, что комбинация всех трех симметрий должна всегда сохраняться. Другими словами, вращающаяся частица, движущаяся вперед во времени, должна подчиняться тем же правилам, что и ее античастица, вращающаяся в противоположном направлении, движущаяся назад во времени. Если C -симметрия нарушена, то PT -симметрия также должна быть нарушена на равную величину, чтобы сохранить комбинацию. Поскольку нарушение -симметрии CP уже наблюдалось (начиная с 1964 г.), мы знаем, что должна быть нарушена и -симметрия T .
Вторая причина в том, что мы живем во Вселенной, где материи больше, чем антивещества, но известные нам законы физики полностью симметричны между материей и антивеществом.
Э. Сигель / За пределами ГалактикиЭто правда, что обязательно должна быть дополнительная физика к тому, что мы наблюдали, чтобы объяснить эту асимметрию, но существуют значительные ограничения на типы новой физики, которые могут ее вызвать. Их осветил Андрей Сахаров в 1967 году, отметив:
- Вселенная должна быть в неравновесном состоянии.
- Должны быть нарушены симметрия C и CP .
- И должны происходить взаимодействия, нарушающие барионное число.
Даже если бы мы не наблюдали напрямую взаимодействий, нарушающих CP , мы бы знали, что они должны происходить, чтобы создать Вселенную, согласующуюся с тем, что мы наблюдаем. И, следовательно, поскольку опять-таки нарушение T обязательно подразумевается нарушением CP , то симметрия T не всегда может быть верной.
НАСА (слева), Институт радиоастрономии Макса Планка / Майкл Крамер (справа)Но в любой науке существует огромная разница между теоретическим или косвенным свидетельством явления и прямым наблюдением или измерением желаемого эффекта.Даже в тех случаях, когда вы знаете, каким должен быть результат, необходимо потребовать экспериментальной проверки, иначе мы рискуем обмануть себя.
Это верно в любой области физики. Конечно, мы знали, наблюдая за синхронизацией двойных пульсаров, что их орбиты затухают, но только с помощью прямого обнаружения гравитационных волн мы могли быть уверены, что именно так уносится энергия. Мы знали, что горизонты событий должны существовать вокруг черных дыр, но только путем непосредственного их отображения мы подтвердили это предсказание теоретической физики.2 — загадка для теоретической физики, но экспериментаторам не о чем беспокоиться: она существует, мы можем ее создать, и теперь мы можем измерять и изучать ее свойства.
Коллаборация CMS, «Наблюдение за дифотонным распадом бозона Хиггса и измерение его свойств», (2014)Чтобы напрямую экспериментально подтвердить существование нарушения T , ученым пришлось проявить невероятную смекалку. Что нужно сделать, так это разработать эксперимент, в котором законы физики могут быть непосредственно проверены на предмет различий между экспериментом, идущим вперед во времени, и экспериментом, идущим в обратном направлении.А поскольку в реальном мире время бежит только вперед, это потребовало действительно творческого мышления.
Можно подумать об этом, вспомнив, как работают запутанные квантовые состояния. Если у вас есть две квантовые частицы, которые сцеплены друг с другом, вы кое-что знаете об их совокупных свойствах, но их индивидуальные свойства не определены, пока вы не проведете измерение. Измерение квантового состояния одной частицы даст вам некоторую информацию о другой, и даст ее вам мгновенно, но вы не можете ничего знать ни о какой отдельной частице, пока не произойдет это критическое измерение.
Пользователь Wikimedia Commons Давид КорягинОбычно, когда мы думаем о квантовой запутанности двух частиц, мы проводим эксперименты со стабильными частицами, такими как фотоны или электроны.Но есть только один тип физического процесса, в котором, как известно, происходит нарушение CP : через распады, протекающие через слабое ядерное взаимодействие. Фактически, этот прямой тип нарушения CP наблюдался в 1999 году, и по теореме CPT должно иметь место нарушение T . Следовательно, если мы хотим проверить прямое нарушение симметрии обращения времени, нам нужно будет создать частицы, в которых происходит нарушение T , что означает создание либо барионов, либо мезонов (нестабильных составных частиц), которые распадаются через слабые взаимодействия.
Эти два свойства, квантового индетерминизма и распада через слабые взаимодействия, могут быть использованы для разработки точного типа эксперимента, необходимого для проверки прямого нарушения T -симметрии.
Журнал SymmetryМетод прямого тестирования нарушения обращения времени был предложен совсем недавно, поскольку технология получения большого числа частиц, содержащих нижние (b) кварки, появилась только в последние несколько лет.Частица ϒ (греческая буква ипсилон) является классическим примером частицы, содержащей нижние кварки, поскольку на самом деле это мезон, состоящий из пары нижнего кварка и нижнего антикварка.
Как и большинство составных частиц, существует множество различных энергетических состояний и конфигураций, в которых он может существовать, подобно тому, как атом водорода демонстрирует множество возможных энергетических состояний для электрона. В частности, было высказано предположение, что энергетическое состояние 4s обладает некоторыми особыми свойствами и может быть лучшим кандидатом для непосредственного наблюдения нарушения симметрии T .
Библиотека Libretexts / NSF / UC DavisПричина? Частица ϒ (4s), когда вы ее создаете, распадается как на нейтральный B-мезон (с нижним кварком и антидонным кварком), так и на нейтральный анти-B-мезон (с нижним кварком и антидонным кварком). вниз кварк) примерно в 48% случаев. На электрон-позитронном коллайдере у вас есть свобода настраивать ваши столкновения так, чтобы они происходили с точной энергией, необходимой для создания частицы (4s), что означает, что вы можете создать огромное количество B-мезонов и анти-B-мезонов для всех. ваша физика элементарных частиц.
Каждый мезон, будь то B или анти-B, может распадаться несколькими возможными способами. Либо вы можете произвести:
- частица J / ψ (очарование-античар) и долгоживущий Каон,
- — частица J / ψ и короткоживущий Каон,
- или заряженный лептон и другие частицы.
Это интересно, потому что первый распад имеет известное значение CP, второй имеет известное значение CP, противоположное первому, а третий распад определяет, является ли это B или анти-B, благодаря знаку заряд на лептон.(Положительно заряженный антилептон указывает на распад B; отрицательно заряженный лептон указывает на распад анти-B.)
APS / Алан СтоунбрейкерКогда один член пары B / анти-B распадается на J / ψ и Каон, а другой член распадается на лептон, это дает нам возможность проверить нарушение обращения времени. Поскольку эти две частицы, B и анти-B, обе нестабильны, время их распада известно только с точки зрения их периода полураспада: распады происходят не все сразу, а в случайные моменты времени с известной вероятностью.
Затем выполните следующие измерения:
- Если первый мезон распадется на положительно заряженный лептон, то вы знаете, что второй должен быть анти-B-частицей.
- Затем вы измеряете распад анти-B-частицы и видите, сколько из них дают вам распад на короткоживущий Каон.
- Затем вы ищите события, в которых порядок распадов меняется на противоположный и начальное и конечное состояния меняются местами, т.е. когда первый мезон распадается на долгоживущий Каон, а за ним следует второй — на отрицательно заряженный лептон. .
Это прямая проверка нарушения обращения времени. Если две частоты событий не равны, симметрия T нарушается.
Дж. П.Lees et al. (Коллаборация BABAR), Phys. Rev. Lett. 109, 211801 (2012)Для непосредственного обнаружения нарушения обращения времени потребовалось создание более 400 миллионов частиц ϒ (4 с), и это было выполнено коллаборацией BaBar еще в 2012 году. это единственный прямой тест, когда-либо проводившийся для проверки сохранения или нарушения симметрии T прямым способом. Как и ожидалось, слабые взаимодействия нарушают эту T -симметрию, доказывая, что законы физики не идентичны независимо от того, идет ли время вперед или назад.
В физике элементарных частиц золотым стандартом экспериментальной значимости является порог 5 сигм. Тем не менее, физики BaBar достигли значимости 14-сигм: замечательное достижение. Причина, по которой вы, вероятно, никогда об этом не слышали? Это было омрачено немного более крупными новостями физики элементарных частиц, произошедшими в том же году: открытием бозона Хиггса. Но этот результат, возможно, тоже заслуживает Нобелевской премии. Законы природы не одинаковы вперед и назад во времени. Спустя семь лет настало время, чтобы мир ощутил влияние этого открытия.
Обучение весло — Законы физики Ньютона
Законы Ньютона. Ориентация лезвия и ящик для гребца
Есть два основных принципа физики, которые используются в силовых веслах. Это 2-й и 3-й законы движения Ньютона:
.2-й Закон: Сила равна массе, умноженной на ускорение
3-й закон: на каждое действие есть равная и противоположная реакция
Согласно второму закону движения Ньютона, сила, действующая на объект, равна массе объекта, умноженной на его результирующее ускорение.2)
Другими словами, чем легче каяк и чем больше прилагается сила, тем быстрее он будет разгоняться.
Думайте о мощной поверхности весла как о ладони. Как и во время плавания, вы тянетесь вперед, берете немного воды и тянетесь назад, чтобы продвинуться вперед. Нет ничего проще. Но что на самом деле происходит?
Когда лопасть отводится назад, она оказывает на воду силу, и, согласно третьему закону движения Ньютона, вода одновременно оказывает равную, но противоположную силу на лопасть весла.Поскольку вы тянете назад, сила, действующая на лезвие лопасти в обратном направлении, направлена вперед.
Или это? ТОЛЬКО если ваше лезвие ориентировано правильно. Представьте себе Силовую Стрелу, торчащую перпендикулярно задней части лезвия. Эта Force Arrow должна указывать как можно больше в том направлении, в котором вы хотите двигаться, когда вы ее тянете.
Подумайте о прямом ударе. Лезвие (и вал лопасти) должны быть как можно более вертикальными в точке приложения силы.Если лопасть находится под слишком большим углом, ваша Force Arrow будет указывать в небо, и вы будете поднимать каяк из воды вместо того, чтобы толкать его вперед. Точно так же, если ваш гребок слишком длинный и лезвие остается в воде мимо бедра, ваша Force Arrow будет направлена вниз в воду, и вы будете поднимать воду, втягивая каяк в воду, что замедлит вас.
Закон: Сила равна массе, умноженной на ускорение
Как добиться этого вертикального лезвия и вала лопасти? Вытягивая верхний рычаг так, чтобы ОБЕИ руки были почти прямыми в начале фазы мощности хода.Это называется «Коробка гребца». Мы стараемся поддерживать бокс гребца во время каждого гребного гребка. Бокс для гребца также позволяет задействовать корпус, спину и плечи. Если вы позволите лопаточному ящику сложиться, скорее всего, вы просто используете свои бицепсы, которые крошечные и слабые по сравнению с корпусом, спиной и плечами.
Нам также необходимо убедиться, что сила, оказываемая водой на лопасть весла, передается на лодку. В конце концов, мы пытаемся переместить байдарку! Если соединение между лопастью и лодкой нарушено, большая часть силы будет потеряна.Таким образом, нам нужно сохранять устойчивую осанку и вести байдарку вперед ногой и ступней, используя опору для стопы. Согласование тяги лопасти весла с движением ноги гарантирует, что лодка будет рыскать вперед и не будет раскачиваться из стороны в сторону.
Наконец, давайте подумаем о крутящем моменте: хотя законы Ньютона объясняют основную концепцию того, как мы можем двигаться вперед, мы также хотим иметь возможность поворачивать нашу байдарку. Крутящий момент — это причина, по которой каяк качается в направлении, противоположном каждому гребку.Если гребок выполняется с правой стороны, каяк вращается против часовой стрелки, но если гребок выполняется с левой стороны, каяк вращается по часовой стрелке. Это потому, что во время гребка лопасть действует как рычаг для судна. Крутящий момент — это длина плеча рычага, умноженная на перпендикулярную силу, действующую на плечо. Таким образом, чем дальше от байдарки происходит ход, тем больший крутящий момент будет создаваться, и тем больше будет вращаться лодка.
При гребле вперед мы хотим, чтобы фаза мощности гребка была как можно ближе к байдарке, чтобы уменьшить крутящий момент.Но мы делаем это БЕЗ сгибания локтя и складывания гребного бокса! Вот почему удар вперед короткий от стоп до колен, а затем наружу!
При выполнении поворота мы хотим увеличить крутящий момент за счет ОПУСКАНИЯ верхней руки, позволяя лопастям перемещаться по широкой дуге. Но не менее важно приложить максимальную силу к лопасти, поддерживая бокс для гребца и иметь хорошее соединение с каяком через опору для ног, заднюю ленту и бедренные крючки, обеспечивая эффективную передачу усилия между лопастью и лодкой.
Понимание этих принципов позволит вам стать лучшим гребцом.
Верхние насадки
Помните, мощная грань весла похожа на ладонь вашей руки. Если вы запутаетесь, подумайте, что бы вы сделали, если бы у вас не было весла в руках. Как бы вы продвинулись в том направлении, в котором хотите двигаться? Теперь сделайте это с помощью весла.
Вы можете заниматься греблей «только руками», это поможет вам развить ЧУВСТВО к воде и больше понимать, что происходит.
Проливая свет на движение Эпизод 8: Третий закон Ньютона
Модель , проливающая свет на движение Серия — это визуальная сокровищница демонстраций, анимаций и объяснений всего, что связано с движением! В некоторой степени мы все знакомы с движением, потому что все мы движемся и видим движение повсюду, но детальное знание движения позволило нам построить прекрасный современный мир, в котором мы живем.
В Эпизод 8, Третий закон Ньютона , мы смотрим на самый поэтичный из всех Законов: на каждое действие есть равная и противоположная реакция. Как работает ракетный двигатель? Почему оружие дает отдачу при выстреле? Как работают наши мышцы? Что движет нами во время плавания? И как именно гравитация является двусторонним взаимодействием? На все эти и многие другие вопросы мы ответим в этом отличном видео.
5-минутный отрывок, за которым следует 1-минутный трейлер.
Содержание:
Часть A: Введение.
Часть B: Силы действия-противодействия при столкновении. Если движущийся автомобиль врезается в заднюю часть неподвижного автомобиля, оба автомобиля испытывают разрушительную силу. Если два человека столкнутся, они оба испытают силу. Силы всегда объединяются в пары, называемые парами действие-реакция.
Часть C: Движение Земли. Третий закон Ньютона, кажется, не всегда применим. Но так бывает всегда. Всегда!
Часть D: Отталкивая друг друга. Если вы катаетесь на скейтборде и отталкиваетесь от стены, вы можете двигаться самостоятельно, но как ракета продвигается в космосе? Роберта Годдарда высмеяли за то, что он предположил в 1920-х годах, что ракеты однажды полетят в космос, но, в отличие от своих недоброжелателей, он действительно понял Третий закон Ньютона, и вы тоже поймете к концу этого фантастического видео!
Расшифровка стенограммы.
Текст ниже представляет собой более или менее расшифровку программы, а изображения — это скриншоты из программы.
Часть A: Введение
Почему оружие дает отдачу при выстреле? Как работает ракетный двигатель? Почему биток обычно замедляется при ударе по цветному шару, который ускоряется? И почему я перекатываюсь назад, когда бросаю набивной мяч вперед?
Что ж, ответы на все эти вопросы включают то, что мы называем третьим законом движения Ньютона.Третий закон Ньютона часто формулируется как небольшая рифма: на каждое действие существует равное и противоположное противодействие.
Что это значит? Это означает, что силы никогда, я имею в виду буквально никогда, не существуют сами по себе. Третий закон Ньютона гласит, что всякий раз, когда объект, назовем его объектом A, воздействует на объект B, объект B оказывает такое же усилие на объект A.
Хотя это не всегда очевидно, силы всегда действуют парами, которые называются парами действие-противодействие.В этом уроке мы рассмотрим третий закон Ньютона и то, как он помогает объяснить ряд различных явлений.
Часть B: Силы действия-противодействия при столкновении
Если я втолкну эту тележку, тележку A, в эту тележку, тележку B, вы, вероятно, сможете догадаться, что произойдет. Троллейбус B будет испытывать силу, ускоряющую вправо. Давайте посмотрим.
Никаких сюрпризов. Тележка А создавала силу на тележку В, которая заставляла ее ускоряться.Однако действовала не одна сила, а две. В то же время, когда A оказывал силу на B, которая заставляла B ускоряться, B воздействовал на A в противоположном направлении. Так что же случилось с A в результате этой силы? Ну это притормозило.
Как видите, после столкновения точки явно сближаются. Удар о тележку даже не нужно делать. Сам факт того, что он там, и что на него действует сила со стороны тележки A, означает, что он действует обратно на тележку A.
Мы можем обозначить две равные по величине, но противоположные по направлению силы действие-противодействие в момент удара: F AonB и F BonA , и, как обычно, мы нарисовали силы, как если бы они действовали. в центре масс тележек.
То же самое происходит и при этом столкновении. Автомобиль A оказывает на автомобиль B силу, которая заставляет автомобиль B ускоряться, но при этом автомобиль B оказывает в противоположном направлении силу равной величины на автомобиль A, которая заставляет его замедляться. Конечно, трение тоже действует, но это уже другая история.
Теперь выражение «сила реакции» подразумевает, что она идет после силы воздействия, но на самом деле две силы, равные по размеру, но действующие в противоположном направлении друг от друга, возникают в одно и то же время.
Столкновения бильярдных шаров также связаны с третьим законом Ньютона … Биток воздействует на цветной шар с силой, которая ускоряется, и в то же время цветной шар оказывает на биток силу, заставляя его замедляться. Этот процесс может происходить любое количество раз в быстрой последовательности.Так называемая «Колыбель Ньютона» также демонстрирует этот точный принцип.
Как и это столкновение. Человек A воздействует на человека B так, что человек B ускоряется, и в то же время человек B, просто находясь там, оказывает силу обратно на человека A, что заставляет человека A замедляться.
Теперь, хотя сила действия и сила противодействия всегда, всегда равны по размеру, влияние на ускорение каждого объекта варьируется в зависимости от массы объектов, на которые действуют силы.
Давайте ненадолго вернемся ко второму закону Ньютона: F net = ma. Для любой данной силы ускорение объекта будет меньше, когда масса больше. Если изменить формулу, мы получим a = F / m. Например, если сила в 1 Ньютон приложена к массе 2 кг, ее ускорение будет 0,5 м / с / с, но если сила 1 Ньютон приложена к массе 100 кг, ее ускорение будет только 0,01 м / с. / с. Данная сила будет производить различное ускорение в зависимости от массы, к которой приложена сила.
Итак, я собираюсь снова столкнуть тележки вместе, но на этот раз я собираюсь изменить массу движущейся тележки, добавив к ней веса. Теперь, чтобы было немного легче увидеть эффект пар действие / противодействие, я также прикрепил несколько застежек на липучках к тележкам, чтобы они склеивались при столкновении.
В этом столкновении сила A на B такая же, как сила B на A, и поскольку тележки имеют более или менее одинаковую массу, величина, которую они замедляют, более или менее совпадает с величиной, которую другой ускоряется.
Когда я добавляю 2 кг к тележке A, мне приходится толкать ее с большей силой, но когда тележки сталкиваются, сила, которую тележка A прикладывает к тележке B, снова такая же, как сила, которую тележка B применяет к тележке A, хотя это отличается от силы в нашем первом примере. Поскольку две силы одинакового размера действуют на две разные массы, они имеют разные ускорения. Тележка B, будучи менее массивной, ускоряется больше, а тележка A, более массивная, не так сильно замедляется.Помните, что ускорение и замедление — это одно и то же: замедление — это просто отрицательное ускорение.
Если я теперь прибавлю 6 кг к тележке A, еще раз, величина усилия тележки A на тележке B будет такой же, как сила силы тележки B на задней части тележки A, но потому что тележка A более массивна сила оказывает на него меньшее влияние, и поэтому он практически не замедляется. Тележка B, будучи гораздо менее массивной, имеет гораздо большее ускорение и поэтому ускоряется очень быстро.
Итак, еще раз, хотя две силы в паре действие-противодействие всегда, всегда равны по размеру, действие сил с точки зрения ускорения обычно будет различным в зависимости от массы объекта, который каждый из силы действует на.
Для ловли мяча требуется, чтобы вы применили к нему тормозящую силу, но пока вы прикладываете силу к мячу, она оказывает на вас силу, которая иногда может причинить боль. Чтобы уменьшить боль, лучше немного отвести руки назад, когда мяч коснется. Увеличение времени, в течение которого применяется тормозная сила, приводит к уменьшению силы, а это означает, что это не так больно.
Многим студентам трудно поверить в Третий закон Ньютона. Они предполагают, что, например, когда грузовик сталкивается с автомобилем, сила грузовика, действующего на автомобиль (позвольте мне остановить кадр анимации), больше, чем сила воздействия автомобиля на грузовик, поскольку грузовик намного больше массивный.На самом деле силы равны (но в противоположном друг другу направлении). Просто ускорения разные, и сэр Исаак Ньютон разработал все это в 1680-х годах, более 400 лет назад.
В этом столкновении автомобиль сильно изменил скорость, а грузовик почти не замедлился. То же самое произошло и здесь. Из-за огромных изменений скорости автомобиля пассажиры автомобиля часто получают довольно тяжелые травмы, если не со смертельным исходом, тогда как водители грузовиков, которые не сильно меняют скорость, обычно избегают травм.У этого парня был очень плохой день, но могло быть намного хуже.
Когда вы ударяете по мячу ногой, вы прикладываете к нему силу, которая ускоряет его в направлении силы, но мяч прикладывает силу такого же размера в противоположном направлении к вашей ноге, что останавливает его качание вперед со скоростью, с которой он мог бы качнулись вперед, если мяча не было. Это не так очевидно с мячом, у которого нет большой массы, но когда вы пытаетесь ударить набивной мяч, замедление вашей стопы становится весьма заметным.
Конечно, когда вы бьете ногой, не бывает одной пары действие / реакция. Мышцы ваших ног также оказывают давление на вашу ступню, вы отталкиваетесь от земли другой ногой, ваши руки качаются, чтобы помочь вам сохранять равновесие, есть трение, которое не дает вам поскользнуться, есть сопротивление воздуха; это довольно сложно. Однако основной факт остается фактом: всякий раз, когда объект A оказывает силу на объект B, объект B также оказывает равную и противоположную силу реакции обратно на объект A. Менее массивный объект будет ускоряться с большей скоростью, чем более массивный объект.
Часть C: Движение Земли
По-настоящему большая проблема, с которой люди часто сталкиваются с третьим законом Ньютона, заключается в том, что он не всегда применяется. Что, например, происходит, когда я бросаю этот мяч? Очевидно, что на него действует сила, которая тянет его вниз: это гравитационная сила Земли, которая тянет его вниз.
Позвольте мне уменьшить масштаб, уронить мяч и затем остановить кадр. Я могу обозначить силу на шаре как F земля на шаре .Третий закон Ньютона предполагает, что должна действовать равная и противоположная сила. Что это за сила? Это гравитационная сила, которую шар оказывает на Землю, которую я обозначу как F мяч на Земле . Теперь это трудный момент: две силы имеют точно одинаковый размер. Гравитационная сила Земли, притягивающая мяч, имеет такую же величину, что и сила тяжести шара, притягивающего Землю. Итак, ясно, что мяч ускоряется по направлению к Земле, но почему Земля не ускоряется по направлению к шару?Хорошо, это так!
Сила земного притяжения, действующая вниз на падающий мяч весом 0,6 кг, равна ma, что = 0,6 кг x 9,8 м / с / с, что равно примерно 6 ньютонам. Следовательно, сила тяжести шара, тянущая Землю вверх, также должна составлять 6 Ньютонов. Итак, каково ускорение Земли, когда на нее действует сила в 6 Ньютонов? Ускорение = Сила / Масса, которая в данном случае = 6 Ньютонов / м Земля . Но знаем ли мы массу Земли? Что ж, да, мы делаем.
Ученые фактически измерили массу Земли, рассчитав, сколько времени требуется определенным спутникам, высота которых над Землей точно известна, чтобы сделать один оборот.Используя довольно сложные уравнения, они подсчитали, что это около 6 миллионов миллионов миллионов миллионов килограммов. Это 6 с 24 нулями после нее. В стандартной форме мы бы написали 6 x 10 24 кг.
Итак, вернемся к нашему падающему мячу. Каково ускорение невероятно массивной Земли, когда на нее действует сила в 6 Ньютонов? Ну, это в основном ноль, но если мы все равно проведем математические вычисления, то обнаружим, что это всего лишь 0,000 с 23 нулями, а затем 1 м / с / с (1 x 10 -24 м / с / с).
За время, которое требуется мячу, чтобы упасть примерно на метр, Земля переместится вверх на небольшую долю ширины ядра атома.Другими словами, почти ноль, но не совсем ноль. И почему я привел этот пример? Просто чтобы показать вам, что, хотя иногда пары действие / противодействие не всегда очевидны, Третий закон движения Ньютона всегда верен.
Я могу продемонстрировать, как работает гравитация, с помощью пружины. Когда я растягиваю пружину, она оказывает давление на мои руки, пытаясь вернуться к своей нормальной длине. Если я держу пружину за левую сторону, а затем растягиваю ее вправо, прежде чем отпустить, она отскочит обратно влево.Если я зафиксирую правую сторону на месте, пружина теперь возвращается вправо. Пружина тянет в обоих направлениях одинаково из-за того, как атомы расположены в пружине.
Если я удлиню пружину на 20 см, пружинный баланс зафиксирует силу 1,8 Ньютона. Если затем повернуть пружину и растянуть ее на ту же величину в другую сторону, мы снова измерим силу 1,8 Ньютона. Растянутая пружина тянет внутрь в обе стороны с одинаковой силой! (Конечно, разные пружины имеют разную жесткость.)
Физика и химия пружины немного сложны, но в основном, когда пружина растягивается, крошечные группы атомов железа разделяются, и они пытаются снова собраться вместе. Сила, действующая со стороны одной группы атомов на другую группу атомов, имеет такой же размер, как сила, действующая со стороны второй группы атомов на первую.
Здесь я прикрепил небольшие латунные грузы к тележке B так, чтобы обе тележки имели равную массу, и прикрепил между ними пружину.Что произойдет, если я разорву тележки и отпущу их? Неудивительно, что пружина сближает две тележки. Сила, тянущая влево, имеет тот же размер, а сила, тянущая вправо, и поскольку массы равны, у них обоих одинаковое ускорение. Если сейчас я сделаю одну тележку тяжелее, пружина по-прежнему будет тянуть с той же силой влево и вправо, но, поскольку тележка слева имеет большую массу, она не ускоряется так сильно.
Если я загружу тележку А еще большей массой, то она разгонится еще медленнее.Величина силы на обеих тележках одинакова, но тележка А ускоряется медленнее, потому что она имеет большую массу. Если посмотреть на все три вместе, мы увидим очевидную разницу.
Когда я поднимаю вес, это как будто я растягиваю воображаемую пружину, а затем, когда я отпускаю, воображаемая пружина гравитации тянет вес обратно вниз, но в то же время воображаемая пружина гравитации тянет и Земля направлена вверх, но не в какой-либо измеримой степени. Поэтому, хотя мы часто думаем о гравитации как о силе, которую Земля прикладывает к нам, на самом деле это двустороннее взаимодействие между двумя объектами.Две силы в каждой паре действие-противодействие всегда имеют одинаковый размер, но ускорение двух объектов будет разным.
Часть D: Отталкивая друг друга.
Таким образом, всякий раз, когда объект A воздействует на объект B, объект B воздействует на объект A. В этом столкновении объект B ускорился, а объект A замедлился. Но третий закон Ньютона применяется не только тогда, когда объекты движутся навстречу друг другу. Это также применимо, когда объекты отталкиваются друг от друга. Если я толкаю кого-то на качелях, а я на скейтборде, она идет вперед, а я — назад.
Я прилагаю силу к своей жене, которая заставляет ее ускоряться вправо, но она одним своим присутствием применяет ко мне равную и противоположную силу, поэтому я ускоряюсь влево. Если мы оба будем висеть на проводах, произойдет то же самое. Я двигаюсь в одну сторону, а она — в другую. Ничто не может ускориться без ускорения чего-то еще.
Если я приложу силу к набивному мячу, он вернет мне силу, и я буду двигаться назад. Третий закон Ньютона. Я не ухожу так далеко, когда отталкиваю набивной мяч, потому что сила действует в течение очень короткого промежутка времени, и я действительно не набираю большую скорость, пока не перестану контактировать с набивным мячом.
Опять же, не всегда очевидно, что существует обратная сила, потому что вы склонны наклоняться вперед, когда бросаете, и обычно возникает трение между вашей обувью и полом, поэтому на самом деле сила реакции, действующая в ответ на вас, действует не только на вас, но и через вас. на всю Землю, которая, как мы видели, будет двигаться назад, но только не в какой-либо измеримой степени.
Давайте посмотрим, как масса объектов влияет на их ускорение. Ранее мы видели, как растянутая пружина тянет внутрь влево и вправо.То же самое происходит с пружиной, которую можно сжать, но она выталкивается наружу. Если я возьму пружину за левую сторону, а затем сожму ее влево, прежде чем отпустить, она отскочит вправо. Если я зафиксирую правую сторону на месте, пружина возвращается влево. Пружина всегда толкает в обоих направлениях с одинаковой силой.
В эту тележку встроена аналогичная пружина. Поскольку при отпускании пружины она толкается в обе стороны, ее можно использовать для приведения в движение либо тележки, к которой она прикреплена, либо другой тележки, либо того и другого.
Еще раз, если две тележки имеют одинаковую массу, то их ускорения будут одинаковыми, поскольку атомы пружины, которые отталкиваются друг от друга, прикладывают силу одинакового размера в обоих направлениях к двум равным массам. Если мы добавим массу к тележке A, она не будет ускоряться так же быстро, как тележка B. С одинаковым усилием на обе тележки, но тележка A ускоряется с меньшей скоростью. Это становится тем более очевидным, чем больше мы добавляем массы. Здесь они все одновременно.
Помните, Третий закон Ньютона гласит, что всякий раз, когда объект A воздействует на объект B, объект B применяет равную и противоположную силу реакции к объекту A.Однако ускорения двух объектов, то есть величина, на которую они ускоряются или замедляются, будут разными, если они имеют разные массы.
Мышцы также, как пружины, при сокращении всегда прикладывают силу в обоих направлениях, но это не всегда очевидно. Эти два действия на самом деле почти одинаковы. Посмотрим, как они работают. Мышцы никогда не толкаются с силой, они только тянут с силой. Если я хочу поднять этот вес, моя мышца бицепса укорачивается и подтягивает эту кость здесь.Это называется сокращением мышц.
Вот простая анимация и несколько изображений, показывающих двуглавую мышцу, которая технически называется двуглавой мышцей плеча. Теперь, одновременно с тем, что мышца тянет мое предплечье, она также тянет кости, к которым она прикреплена здесь. Однако, поскольку мы обычно закрепляемся в нужном положении, верхняя часть тела не сильно двигается.
Однако, если я закрепляю предплечье и снова сокращаю мышцу двуглавой мышцы, вместо движения руки все мое тело тянется к стене.Мышцы не тянут только в одну сторону; они тянут внутрь в обоих направлениях.
Когда я разгибаю предплечье, толкает его не двуглавая мышца. Мышцы не могут толкаться с силой. В этом положении
сила тяжести опускает вес вниз, когда я медленно расслабляю двуглавую мышцу.
Однако в этом положении разгибание моего предплечья вызвано сокращением этой мышцы, называемой здесь трехглавой мышцей, которая здесь тянет эту кость.
Трицепс сокращает и разгибает предплечье.То, что мы называем толчком, достигается за счет того, что мышцы натягивают кости.
Я не хочу вдаваться в подробности, но в основном мышцы состоят из миллионов волокон, которые состоят из отдельных участков, называемых саркомерами. Эти саркомеры состоят из белковых нитей, которые могут скользить друг мимо друга. Определенная часть белка, из которого состоит эта так называемая толстая нить, способна зацепиться за так называемую тонкую нить, а затем она изгибается и тянется, так что нити скользят друг по другу.При изгибе группа атомов притягивает другую группу атомов, но, конечно, согласно Третьему закону Ньютона, вторая группа атомов также притягивает первую группу атомов. В результате мышца прикладывает силу внутрь с обоих концов.
Когда я бросаю мяч, большая часть силы создается за счет сокращения трицепсов. Однако мышца не просто прикладывает тянущее усилие к моему предплечью, она также прикладывает тянущее усилие к этим костям. Итак, если я закреплю мяч и свое предплечье, но позволю остальному телу свободно двигаться, то точно так же, как я бросил мяч вперед, я могу бросить или оттолкнуть себя назад.
Теперь, если ни одна из сторон не закреплена, например, когда я на скейтборде с низким коэффициентом трения, при броске движутся обе стороны, потому что мышцы трицепса тянут в обе стороны. Мои руки двигаются вперед из-за сокращения мускулов, и я прилагаю силу к мячу. Однако мяч оказывает равную и противоположную силу реакции на мои руки, что не дает им двигаться вперед так же быстро, как если бы мяча не было. Поэтому, когда мышца сокращается, она также отталкивает мое тело от мяча, и я в конечном итоге иду назад, точно так же, как когда я отталкивался от стены, хотя, очевидно, не так далеко.
На простом уровне я прикладываю к мячу силу, которая возвращает ко мне равную и противоположную силу. Однако на самом деле существует довольно много пар действие-реакция, включающих мышцы, кости, все мое тело и мяч одновременно. Еще раз, хотя точка соприкосновения находится здесь, я нарисовал стрелки силы из центра масс шара и моего тела, потому что силы действуют на все два объекта, а не только на точку контакт.
Хотя силы равны по размеру, поскольку мяч имеет меньшую массу, чем я, он ускоряется с большей скоростью, чем я, и в итоге имеет более высокую скорость.
То же самое, когда я натягиваю эту веревку. Мы оба здесь движемся навстречу друг другу, потому что мои мышцы действительно тянутся в обоих направлениях. Хотя сила, действующая на нас обоих, одинакова, поскольку у меня гораздо больше масса, я не ускоряюсь так сильно. Если I стою на полу, который, конечно, прикреплен к Земле, то я тяну скейтбордиста влево от экрана, хотя на самом деле вся Земля также движется вправо. Если я теперь встаю на скейтборд и выполняю точно такое же действие с моими мышцами, я перемещаюсь к правому краю экрана.Опять же, вся Земля также движется влево от экрана, но не в какой-либо измеримой степени.
Очень похожая ситуация, когда мы плаваем. Благодаря мускулам в наших руках, наши руки прикладывают силу к воде, но вода прикладывает равную и противоположную силу обратно к нашим рукам, что не позволяет им двигаться назад в той мере, в какой они двигались бы назад, если бы воды не было. т там. В результате сокращение наших мышц приводит к поступательному движению нашего тела.Тянемся по воде.
Я могу имитировать плавание, лежа на тележке и толкая несколько мячей назад. На очень простом уровне я толкаю шары, а они давят на меня. На более продвинутом уровне я толкаю шары влево, и они прикладывают равную и противоположную силу реакции вправо, что ограничивает обратное движение моих рук. Поэтому мои мышцы в конечном итоге тянут меня вперед. Это работает даже лучше, когда я отталкиваю более тяжелые предметы.
Все мы с раннего возраста естественным образом учимся использовать свои мускулы, чтобы двигать другие объекты или двигаться сами, и поэтому, конечно, мы даже не думаем о третьем законе Ньютона в повседневной жизни.Однако, конечно, с роботом ничего не дается естественно. Чтобы робот мог двигаться, преодолевать препятствия и использовать свои руки и ноги, чтобы толкать что-то еще или толкать себя, конструкторы роботов должны принять во внимание Третий закон Ньютона и запрограммировать робота, например, на наклон правильный путь и не упасть, когда на его пути появится неожиданная сила. Изучение движений человека, применение электроники, разработка двигателей, конструкции и программного обеспечения робота и, конечно же, хорошее знание законов Ньютона — все это очень важно.
Понимание законов движения Ньютона также важно при разработке компьютерных игр.
Давайте посмотрим на демонстрацию Третьего закона Ньютона в невесомости Международной космической станции с двумя ее астронавтами. (На кадрах видно, как два астронавта отталкиваются друг от друга и летят в противоположных направлениях.) Очень, очень элегантно и, безусловно, намного элегантнее, чем демонстрация Третьего закона Ньютона здесь, на Земле!
МКС длиной около 90 метров строилась поэтапно.Каждый модуль был выведен на орбиту космическим шаттлом США или различными российскими ракетами, а затем как бы прикручен на место. Но как работают ракеты? Как мы видели, для того, чтобы что-то двигалось, оно должно что-то отталкивать. Ракеты работают за счет собственного топлива. Многие ракеты, подобные этой, используют в качестве топлива газообразный водород, который сжигается в присутствии кислорода. Водород и кислород хранятся в отдельных баках внутри ракеты.
Давайте проведем небольшой урок химии, прежде чем идти дальше.Газообразный водород состоит из пар атомов водорода, которые связаны вместе, поэтому химическая формула водорода на самом деле H 2 . Газообразный кислород состоит из пар атомов кислорода, которые связаны вместе, и его формула O 2 . Эти группы атомов называются молекулами.
Я могу производить газообразный водород в результате химической реакции между металлическим магнием и соляной кислотой, а затем использовать резиновую трубку, чтобы направить водород в мыльную воду, которая улавливает газ. Когда я подбрасываю спичку, мы видим, что водород легко воспламеняется.Когда водород горит, молекулы водорода химически реагируют с молекулой кислорода и производят молекулы H 2 O: H 2 O, конечно же, вода.
В основном из-за того, как электроны перемещаются во время химической реакции (и электроны отталкиваются друг от друга), химическая реакция приводит к тому, что молекулы воды отталкиваются друг от друга с очень высокой скоростью. Это третий закон Ньютона. (Тот факт, что молекулы в конечном итоге движутся с высокой скоростью, является причиной повышения температуры и давления.) Молекула A прикладывает силу к молекуле B, и в то же время молекула B прикладывает равную и противоположную силу к молекуле A.
Это очень похоже на то, что здесь происходит. (Спиро отталкивает Джорджину)
Ракеты, которые могут достичь околоземной орбиты, очень и очень сложны, но в основном они состоят из топливного бака и кислородного бака, насосов, камеры сгорания, в которой сжигается топливо (горение означает горение), и сопла. Как я сказал, когда водород горит в присутствии газообразного кислорода, образуются две действительно очень быстро движущиеся молекулы H 2 O, которые отталкиваются друг от друга.
В камере сгорания одна образовавшаяся молекула воды толкается вниз и выходит из двигателя, а другая движется вверх, помните, что они отталкиваются друг от друга, и ударяется о верхнюю часть двигателя, оказывая на нее силу. Это толкает двигатель и, конечно же, ракету вверх. Затем он также выходит. Этот процесс повторяется снова и снова с триллионами молекул. Произведенные молекулы H 2 O, конечно, движутся во всех направлениях, а не только удобно вверх и вниз, как мы показываем здесь, поэтому, глядя на картину в целом, сгорание топлива создает огромное давление.Поскольку в нижней части камеры сгорания имеется отверстие, на двигатель не действует давление в направлении вниз. Газы, движущиеся в этом направлении, выходят из двигателя. Следовательно, давление, действующее в противоположном направлении, толкает ракету вперед.
В основном, ракеты работают, потому что, когда горячие газы выбрасываются из двигателя, они также создают равную и противоположную силу реакции в прямом направлении, которая ускоряет ракету.
Между прочим, сопло и так называемое горло ракетного двигателя значительно повышают эффективность.Горловина увеличивает давление, а сопло использует тот факт, что газы все еще расширяются, покидая камеру сгорания. Направленное наружу давление создает прямую силу на угловых сторонах камеры. Без этих функций была бы некоторая тяга, но ее не хватило бы для использования.
Хотя простые пороховые ракеты существуют примерно с 1400-х годов, первые действительно мощные ракеты были разработаны в 1910-х и 1920-х годах американским ученым Робертом Годдардом.Когда он предположил, что ракеты в конечном итоге смогут достичь космоса, его широко высмеяли газеты, которые спросили, как ракеты могут работать в космосе, если им нечего отталкивать, и они обвинили его в том, что он даже не знает основ Третьей теории Ньютона. Закон.
Но Годдард и другие конструкторы ракет не испытывали таких сомнений, потому что знали, что атомы могут отталкиваться друг от друга и создавать тягу. Первой ракетой, которая действительно достигла космоса, был российский Спутник, запущенный в 1957 году.
Реактивные двигатели работают аналогично ракетным двигателям, но вместо кислорода, хранящегося в резервуаре, они сжигают свое топливо в присутствии воздуха, всасываемого спереди.
Ракеты-шары работают аналогично ракетным двигателям. Когда воздушный шар наполнен, он растягивается, поэтому он создает внутреннюю силу для воздуха внутри него, пытаясь растянуться до своего нормального размера. Это делает давление воздуха внутри шара выше, чем давление воздуха вне шара.Однако, поскольку давление воздуха внутри и снаружи воздушного шара толкается одинаково во всех направлениях, на воздушный шар не действует результирующая сила. Однако, когда баллон распечатан, давление, оказываемое на открытую часть, очевидно, больше не оказывает давления на баллон. Это означает, что давление воздуха на противоположной стороне отверстия неуравновешено, и поэтому существует результирующая сила, действующая в этом направлении! Следовательно, воздушный шар ускоряется в этом направлении.
На более простом уровне воздушный шар выжимает воздух в одну сторону, и поэтому воздух с равной и противоположной силой реакции толкает воздушный шар в другую сторону.
И наконец, почему ружье дает отдачу при выстреле?
Давайте сначала посмотрим на пулю. Пуля, которая технически называется патроном, в основном состоит из пули, долота, которая выстреливается из пистолета, горючего, такого как порох, и капсюля, работа которого заключается в воспламенении метательного взрывчатого вещества. Когда вы нажимаете на спусковой крючок, различные рычаги и пружины перемещаются, в результате чего ударник перемещается вперед и ударяет по капсюлю, который взрывается
, воспламеняя порох.Расширяющиеся газы толкают пулю вперед.
Однако давайте вернемся немного назад. Куда толкают расширяющиеся газы при горении пороха? Молекулы, образующиеся в результате химической реакции, отталкиваются друг от друга во всех направлениях. Третий закон Ньютона. Те, которые движутся в направлении пули, толкают пулю вниз по стволу, а те, которые движутся в противоположном направлении, нажимают на ружье, что приводит к отдаче.
Третий закон Ньютона гласит, что сила газа, проталкивающего вперед пулю, должна быть равна силе газа, толкающего оружие назад.Однако, поскольку пуля имеет очень небольшую массу по сравнению с массой оружия (и, конечно же, человека, держащего оружие), она имеет более высокое ускорение по сравнению с массой оружия. Пуля достигает скорости сотен метров в секунду, тогда как скорость отдачи ружья может составлять всего около 1 м / с.
Итак, просто напомним, третий закон Ньютона гласит, что каждый раз, когда объект A оказывает силу на объект B, объект B оказывает равную и противоположную силу обратно на объект A. Для каждого действия существует равная и противоположная реакция.Поскольку силы всегда действуют в парах действие-противодействие, которые действуют на два разных объекта, ничто не может ускориться, если не ускоряется что-то еще, хотя, если вы отталкиваетесь от земли, земля движется так мало, что это невозможно измерить.
Когда действует много сил, не всегда легко вычислить пары действие / противодействие, но они определенно присутствуют каждый раз.
И это подводит нас к концу нашей серии «Проливая свет на движение». Мы рассмотрели скорость, ускорение, относительное движение, графики и три закона движения Ньютона.Все эти концепции внесли свой вклад во все фантастические технологии, которые являются частью нашего современного мира. Надеюсь, вам понравился сериал «Проливая свет на движение». Увидимся в следующий раз.
Атрибуты :
АТЛЕТИКА. Женщины. Финал в метании диска — 28-я Всемирная летняя универсиада 2015 г. Кванджу (KOR), проведенная FISUTV. Лицензия: Creative Commons
MilitarySkynet.com — Атлас превращается в военного робота-убийцу Терминатора от MilitaryClips.com. Лицензия: Creative Commons
СМЕРТЕЛЬНЫЕ АВАРИИ, СМЕРТЕЛЬНАЯ АВАРИЯ, ЭПИЧЕСКИЕ АВАРИИ, СОВЕРШЕННАЯ АВАРИЯ ГРУЗОВИКАЛи. Лицензия: Creative Commons
Все кадры и анимация запусков ракет производятся НАСА.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_harmonic_oscillator.gif Олега Александрова передан в общественное достояние.
БЕЙСБОЛ Мужчины. Полуфинальный матч KOR — TPE — 28-я летняя Универсиада 2015 г. Кванджу (KOR), проведенный FISUTV. Лицензия: Creative Commons
Файл: Biceps brachii muscle01.png (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Biceps_brachii_muscle01.png) от en: Анатомография находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 2.1 Japan.
Файл: Animation biceps.gif (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animation_biceps.gif) от Niwadare находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.
Файл: Animation triceps biceps.gif (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Animation_triceps_biceps.gif) от Niwadare находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 Международная лицензия.
Создайте свои собственные изображения любых мышц и практически любой другой части тела на http://lifesciencedb.jp/bp3d/?lng=en. Я (Спиро Лиакос) «создал» изображение скелета с трехглавыми мышцами на их фантастическом интерактивном сайте.
Модель скользящей нити, разработанная Консорциумом общественных колледжей для проверки знаний биологических наук. Лицензия: Непортированная лицензия Creative Commons Attribution 3.0.
Новости MilitarySkynet.com — Эти беспомощные автономные военные роботы с плохой задницей выиграют все наши войны! пользователя MilitarySkynet.com. Лицензия Creative Commons.
Станция «Астронавты» проводят эксперименты для «Космоса», NASA.gov Видео
ШПИЛЬКА ЗАКРЫТЬ | Катушка и взлет Qantas A330-303 в аэропорту Мельбурна — [VH-QPD] © YMML SpottingTeam. Используется с разрешения.
Считается, что фильмы 1920-х годов о ракетах Роберта Годдарда были сняты его женой.
Как работает револьвер © Эндрю Ларсон, 3D. Используется с разрешения.
Веб-сайт: http://www.andrewlarson3d.com
Движение и силы: третий закон движения Ньютона
Описанное ниже задание подходит всем учащимся.Учащийся с нарушением зрения лучше всего воспринимает это занятие как человек, у которого есть шанс выпустить воздушный шар *. Также выгодна возможность оказаться в конце, когда прибудет баллонная ракета. Весь класс захочет выполнять это задание снова и снова.
* ПРИМЕЧАНИЕ: воздушные шары НЕ должны использоваться учащимися с аллергией на латекс. Если в школе без латекса, используйте майларовые воздушные шары.
Словарь
Сила действия — сила, действующая в одном направлении
Сила реакции — сила, действующая в обратном направлении
Действие и реакция
Силы всегда действуют парами.Две силы действуют в противоположных направлениях. Когда вы толкаете объект, он отталкивается с равной силой. Представьте себе человека, сидящего в кресле на колесиках за столом. Когда человек, сидящий в кресле на колесиках, толкает стол, этот толчок или сила является силой действия.
Теперь стол отталкивается от человека с такой же силой. Эта сила реакции заставит кресло на колесиках отодвинуться назад. Обратите внимание, что две силы действуют на разные объекты.Сила действия действует на стол. На человека действует сила реакции.
Третий закон Ньютона
Третий закон движения Ньютона описывает силы действия и противодействия. Закон гласит, что для каждой силы действия существует равная и противоположная сила противодействия. Представьте, что вы ударяете по теннисному мячу. Ракетка оказывает на мяч силу. Это сила действия. Мяч оказывает на ракетку одинаковую и противоположную силу. Это сила реакции.
Третий закон Ньютона объясняет, сколько спортивных травм вызвано.Чем больше силы вы приложите для удара по теннисному мячу, тем большую силу реакции ваша рука получит от ракетки. Каждый раз, когда ваши ноги касаются земли во время бега, земля ударяется о ваши ступни с равной и противоположной силой.
Воздушные шары и ракеты
Третий закон Ньютона объясняет, как работают воздушные шары и ракетные двигатели. Когда горлышко надутого воздушного шара отпускается, растянутый резиновый материал давит на воздух в воздушном шаре. Воздух вырывается из горловины воздушного шара.Воздух, вырывающийся из шара, толкает шар, перемещая его в противоположном направлении.
При сжигании ракетного топлива выделяются горячие газы. Эти газы быстро расширяются и вытесняются из задней части ракеты. Это сила действия. Газы действуют на саму ракету с равной и противоположной силой. Это сила реакции. Эта сила толкает камень вверх.
Kinematics and Calculus — The Physics Hypertextbook
Обсуждение
постоянное ускорение
Исчисление — это сложная математическая тема, но она значительно упрощает вывод двух из трех уравнений движения.По определению, ускорение — это первая производная скорости по времени. Возьмите операцию в этом определении и отмените ее. Вместо того, чтобы дифференцировать скорость, чтобы найти ускорение, интегрируйте ускорение, чтобы найти скорость. Это дает нам уравнение скорость-время. Если мы предположим, что ускорение постоянное, мы получим так называемое первое уравнение движения [1].
| = | |||
| дв | = | a dt | |
| = | |||
| v — v 0 | = | при | |
| v | = | v 0 + at [1] | |
Опять же, по определению, скорость — это первая производная положения по времени.Выполните эту операцию в обратном порядке. Вместо того, чтобы различать положение для определения скорости, интегрируйте скорость, чтобы найти положение. Это дает нам уравнение положения-времени для постоянного ускорения, также известное как второе уравнение движения [2].
| v | = | |||||||||
| DS | = | v dt | ||||||||
| DS | = | ( v 0 + at ) dt | ||||||||
| = |
| |||||||||
| с — с 0 | = | v 0 t + ½ at 2 | ||||||||
| с | = | s 0 + v 0 t + ½ at 2 [2] | ||||||||
В отличие от первого и второго уравнений движения, нет очевидного способа вывести третье уравнение движения (то, которое связывает скорость с положением) с помощью расчетов.Мы не можем просто перепроектировать это по определению. Нам нужно разыграть довольно изощренный трюк.
Первое уравнение движения связывает скорость со временем. По сути, мы вывели его из этой производной…
Второе уравнение движения связывает положение со временем. Это произошло от этой производной…
Третье уравнение движения связывает скорость с положением. По логике, это должно происходить от производной, которая выглядит так…
Но что это значит? Ну, ничего по определению, но, как и все количества, оно равно себе.Оно также равно самому себе, умноженному на 1. Мы будем использовать специальную версию 1 ( dt dt ) и специальную версию алгебры (алгебру с бесконечно малыми). Посмотрите, что происходит, когда мы это делаем. Мы получаем одну производную, равную ускорению ( dv dt ), а другую производную, равную обратной скорости ( dt ds ).
| дв | = | дв | 1 | |
| DS | DS | |||
| дв | = | дв | dt | |
| DS | DS | dt | ||
| дв | = | дв | dt | |
| DS | dt | DS | ||
| дв | = | a | 1 | |
| DS | v |
Следующий шаг, разделение переменных.Соберите вместе похожие вещи и интегрируйте их. Вот что мы получаем, когда ускорение постоянное…
| = | ||||
| в дв | = | a ds | ||
| = | ||||
| ½ ( v 2 — v 0 2 ) | = | a ( с — с 0 ) | ||
| v 2 | = | v 0 2 + 2 a ( s — s 0 ) [3] | ||
Безусловно, умное решение, и оно было не так уж сложно, чем первые два варианта.Однако на самом деле это сработало только потому, что ускорение было постоянным — постоянным во времени и постоянным в пространстве. Если бы ускорение каким-либо образом менялось, этот метод был бы неудобно трудным. Мы вернемся к алгебре, чтобы сохранить рассудок. Не то чтобы в этом что-то не так. Алгебра работает, а здравомыслие стоит сэкономить.
| v = | v 0 + at | [1] |
| + | ||
| с = | s 0 + v 0 t + ½ at 2 | [2] |
| = | ||
| v 2 = | v 0 2 + 2 a ( s — s 0 ) | [3] |
рывок постоянный
Показанный выше метод работает даже при непостоянном ускорении.Применим его к ситуации с необычным названием — постоянный рывок. Нет лжи, вот как это называется. Рывок — это скорость изменения ускорения во времени.
Это делает рывком первую производную ускорения, вторую производную скорости и третью производную положения.
| j = | da | = | d 2 v | = | d 3 s |
| dt | дт 2 | dt 3 |
Единица рывка в системе СИ — это метров в секунду в кубе .
| ⎡ ⎢ ⎣ | м / с 3 | = | м / с 2 | ⎤ ⎥ ⎦ |
| с |
Альтернативная единица — г в секунду .
| ⎡ ⎢ ⎣ | г | = | 9.80665 м / с 2 | = 9.80665 м / с 3 | ⎤ ⎥ ⎦ |
| с | с |
Рывок — это не просто ответ некоторых мудрых физиков на вопрос: «О да, так как вы называете третью производную положения от ?» Рывок — это значимая величина.
Человеческое тело оснащено датчиками, определяющими ускорение и рывки. Глубоко внутри уха, интегрированные в наши черепа, находится серия камер, называемых лабиринтом . Часть этого лабиринта предназначена для нашего слуха (улитка , ), а часть — для нашего чувства равновесия (вестибулярная система , ). Вестибулярная система оснащена датчиками, определяющими угловое ускорение (полукружные каналы , ) и датчиками, определяющими линейное ускорение (отолиты , ).У нас есть два отолита в каждом ухе — один для определения ускорения в горизонтальной плоскости (мешок ) и один для определения ускорения в вертикальном положении (мешочек , ). Отолиты — это наши собственные встроенные акселерометры.
Слово отолит происходит от греческого οτο ( от ) для уха и λιθος ( lithos ) для камня. Каждый из наших четырех отолитов состоит из твердой костеподобной пластины, прикрепленной к мату из сенсорных волокон. Когда голова ускоряется, пластина смещается в одну сторону, изгибая сенсорные волокна.Это посылает в мозг сигнал: «Мы ускоряемся». Поскольку гравитация также воздействует на пластины, сигнал также может означать «сюда вниз». Мозг неплохо понимает разницу между двумя интерпретациями. Настолько хорошо, что мы склонны игнорировать это. Зрение, звук, запах, вкус, осязание — где баланс в этом списке? Мы игнорируем это, пока что-то не изменится необычным, неожиданным или экстремальным образом.
Я никогда не был на орбите и не жил на другой планете. Гравитация всегда одинаково тянет меня вниз.Стоять, ходить, сидеть, лежать — все это довольно степенно. А теперь давайте сядем на американские горки или займемся аналогичным увлекательным занятием, например, катанием на горных лыжах, гонками Формулы-1 или ездой на велосипеде в пробках Манхэттена. Ускорение направлено сначала в одну сторону, затем в другую. Вы даже можете испытывать кратковременные периоды невесомости или инверсии. Подобные ощущения вызывают интенсивную умственную деятельность, поэтому нам нравится их выполнять. Они также обостряют нас и удерживают сосредоточенность в моменты, которые, возможно, заканчиваются жизнью, поэтому мы в первую очередь развили это чувство.Ваша способность чувствовать подергивание жизненно важна для вашего здоровья и благополучия. Рывок одновременно увлекателен и необходим.
С постоянным рывком легко справиться математически. В качестве обучающего упражнения выведем уравнения движения для постоянного рывка. Если хотите, можете попробовать более сложные задачи с толчком.
Рывок — это производная от ускорения. Отменить этот процесс. Интегрируйте рывок, чтобы получить ускорение в зависимости от времени. Я предлагаю называть это нулевым уравнением движения для постоянного рывка .Причина станет очевидной после того, как мы закончим следующий вывод.
| j = | da | |
| dt | ||
| da = | j dt | |
| a | т | ||
| ⌠ ⌡ | да = | ⌠ ⌡ | j dt |
| 0 | 0 |
| a — a 0 = | jt | |
| a = | a 0 + jt | [0] |
Ускорение — это производная скорости.Интегрируйте ускорение, чтобы получить скорость как функцию времени. Мы проделывали этот процесс раньше. Мы назвали результат соотношением скорость-время или первым уравнением движения, когда ускорение было постоянным. Мы должны дать ему аналогичное имя. Это первое уравнение движения для постоянного рывка .
| = | ||
| дв = | a dt | |
| дв = | ( a 0 + jt ) dt | |
| v | т | ||
| ⌠ ⌡ | дв = | ⌠ ⌡ | ( a 0 + jt ) dt |
| v 0 | 0 |
| v — v 0 = | a 0 t + ½ jt 2 | ||
| v = | v 0 + a 0 t + ½ jt 2 | [1] | |
Скорость — это производная от смещения.Интегрируйте скорость, чтобы получить смещение как функцию времени. Мы тоже это делали раньше. Результирующая зависимость смещения от времени будет нашим вторым уравнением движения для постоянного рывка .
| v = | ||
| DS = | v dt | |
| DS = | ( v 0 + a 0 t + ½ jt 2 ) dt | |
| с | т | ||
| ⌠ ⌡ | DS = | ⌠ ⌡ | ( v 0 + a 0 t + ½ jt 2 ) dt |
| с 0 | 0 |
| с — с 0 = | v 0 t + ½ a 0 t 2 + ⅙ jt 3 | ||
| с = | s 0 + v 0 t + ½ a 0 t 2 + ⅙ jt 3 906 | [2] | |
Обратите внимание на эти уравнения.Когда рывок равен нулю, все они возвращаются к уравнениям движения для постоянного ускорения. Нулевой рывок означает постоянное ускорение, так что все в порядке с миром, который мы создали. (Я никогда не говорил, что постоянное ускорение — это реальность. Постоянный рывок тоже миф. Однако в мире гипертекстов все возможно.)
Куда мы пойдем дальше? Должны ли мы работать над соотношением скорость-смещение (третье уравнение движения для постоянного рывка)?
| v = | v 0 + a 0 t + ½ jt 2 | [1] |
| + | ||
| с = | s 0 + v 0 t + ½ a 0 t 2 + ⅙ jt 3 | [2] |
| = | ||
| v = | f ( s ) | [3] |
Как насчет зависимости ускорения от смещения (четвертое уравнение движения для постоянного рывка)?
| = | a 0 + jt | [1] |
| + | ||
| с = | s 0 + v 0 t + ½ a 0 t 2 + ⅙ jt 3 | [2] |
| = | ||
| = | f ( s ) | [4] |
Я даже не знаю, можно ли их вычислить алгебраически.Я в этом сомневаюсь. Посмотрите на это страшное кубическое уравнение для смещения. Это не может быть нашим другом. На данный момент меня это не беспокоит. Не знаю, расскажет ли мне про это что-нибудь интересное. Я от до знаю, что мне никогда не требовалось третье или четвертое уравнение движения для постоянного рывка — пока нет. Я оставляю эту задачу математикам всего мира.
Это проблема, которая отличает физиков от математиков. Математика не обязательно заботит физическая значимость, и он может просто поблагодарить физика за интересный вызов.Физика не обязательно заботит ответ, если он не окажется полезным, и в этом случае физик обязательно поблагодарит математика за его любопытство.
константа ничего
Эта страница в этой книге не о движении с постоянным ускорением, постоянным рывком, постоянным щелчком, треском или треском. Речь идет об общем методе определения количества движения (положения, скорости и ускорения) относительно времени и друг друга для любого вида движения.Для этого используется либо дифференцирование (нахождение производной)…
- Производная положения по времени — это скорость ( v = ds dt ).
- Производная скорости по времени — это ускорение ( a = dv dt ).
или интегрирование (нахождение интеграла)…
- Интеграл ускорения во времени — это изменение скорости (∆ v = ∫ a dt ).
- Интеграл скорости во времени — это изменение положения (∆ с = ∫ v dt ).
Вот как это работает. Некоторая характеристика движения объекта описывается функцией. Можете ли вы найти производную от этой функции? Это дает вам еще одну характеристику движения. Можете ли вы найти его интеграл? Это дает вам другую характеристику. Повторите любую операцию столько раз, сколько необходимо. Затем примените методы и концепции, которые вы изучили в исчислении и связанных областях математики, чтобы извлечь больше смысла — диапазон, область, предел, асимптота, минимум, максимум, экстремум, вогнутость, перегиб, аналитический, числовой, точный, приблизительный и т. Д.Я добавил несколько важных примечаний по этому поводу в резюме по этой теме.
Второй закон термодинамики
Второй закон
Второй закон термодинамики гласит, что передача тепла происходит самопроизвольно только от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой.
Цели обучения
Противопоставьте понятие необратимости между Первым и Вторым законами термодинамики
Основные выводы
Ключевые моменты
- Многие термодинамические явления, разрешенные первым законом термодинамики, никогда не происходят в природе.
- Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, и второй закон термодинамики имеет дело с направлением, принимаемым спонтанными процессами.
- Согласно второму закону термодинамики, ни один процесс не может иметь теплопередачу от более холодного объекта к более горячему как единственный результат.
Ключевые термины
- энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
- первый закон термодинамики : версия закона сохранения энергии, специализированная для термодинамических систем.Обычно выражается как ΔU = Q − W.
Необратимость
Второй закон термодинамики касается направления, принимаемого спонтанными процессами. Многие процессы происходят спонтанно только в одном направлении, то есть они необратимы при заданном наборе условий. Хотя необратимость наблюдается в повседневной жизни — например, разбитое стекло не возвращается в исходное состояние — полная необратимость — это статистическое утверждение, которое нельзя увидеть в течение всей жизни Вселенной.Точнее, необратимый процесс — это процесс, зависящий от пути. Если процесс может идти только в одном направлении, то обратный путь принципиально отличается, и процесс не может быть обратимым.
Например, тепло включает передачу энергии от более высокой температуры к более низкой. Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда не становится холоднее, передавая тепло горячему объекту и делая его более горячим. Кроме того, механическая энергия, такая как кинетическая энергия, может быть полностью преобразована в тепловую за счет трения, но обратное невозможно.Горячий неподвижный объект никогда самопроизвольно не остывает и не начинает двигаться. Еще один пример — расширение потока газа, введенного в один из углов вакуумной камеры. Газ расширяется, заполняя камеру, но никогда не собирается в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит.
Односторонняя обработка в природе : Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, а не от холодного к горячему.(б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию в теплоотдачу в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа, попадающего в эту вакуумную камеру, быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Случайные движения молекул газа никогда не вернут их в угол.
Второй закон термодинамики
Тот факт, что определенные процессы никогда не происходят, предполагает, что существует закон, запрещающий их возникновение. Первый закон термодинамики позволяет им происходить — ни один из этих процессов не нарушает закон сохранения энергии.Закон, запрещающий эти процессы, называется вторым законом термодинамики. Мы увидим, что второй закон можно сформулировать разными способами, которые могут показаться разными, но на самом деле эти многие способы эквивалентны. Как и все законы природы, второй закон термодинамики дает представление о природе, и несколько его утверждений подразумевают, что он широко применим, фундаментально влияя на многие очевидно несопоставимые процессы. Уже знакомое направление теплопередачи от горячего к холодному лежит в основе нашей первой версии второго закона термодинамики.
Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.
Второй закон термодинамики (первое выражение): Передача тепла происходит спонтанно от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.
Закон гласит, что ни один процесс не может иметь своим единственным результатом теплопередачу от более холодного объекта к более горячему.Позже мы выразим закон в других терминах, особенно в терминах энтропии.
Тепловые двигатели
В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.
Цели обучения
Обоснуйте, почему КПД — один из важнейших параметров для любой тепловой машины
Основные выводы
Ключевые моменты
- Циклический процесс возвращает систему, например, газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы.
- Второй закон термодинамики можно выразить следующим образом: ни в какой системе теплопередачи от резервуара невозможно полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в исходное состояние.
- Эффективность теплового двигателя (Eff) определяется как чистая мощность W двигателя, разделенная на теплопередачу к двигателю: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text { Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex], где Q c и Q h обозначает передачу тепла горячему (двигатель) и холодному (окружающая среда) резервуару.
Ключевые термины
- тепловая энергия : Внутренняя энергия системы в термодинамическом равновесии, обусловленная ее температурой.
- внутренняя энергия : сумма всей энергии, присутствующей в системе, включая кинетическую и потенциальную энергию; эквивалентно, энергия, необходимая для создания системы, за исключением энергии, необходимой для перемещения ее окружения.
В термодинамике тепловой двигатель — это система, которая выполняет преобразование тепла или тепловой энергии в механическую работу.Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины — все это тепловые двигатели, которые работают, используя часть теплопередачи от какого-либо источника. Теплоотдача от горячего объекта (или горячего резервуара) обозначается Q h , теплопередача в холодный объект (или холодный резервуар) — Q c , а работа, выполняемая двигателем, равна W. горячий и холодный резервуары — T h и T c соответственно.
Теплопередача : (a) Теплопередача происходит самопроизвольно от горячего объекта к холодному в соответствии со вторым законом термодинамики.(б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть теплопередачи для выполнения работы. Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Qh — теплоотдача из горячего резервуара, W — рабочая мощность, а Qc — теплоотдача в холодный резервуар.
Термодинамика и тепловые двигатели : Краткое введение в тепловые двигатели и термодинамические концепции, такие как двигатель Карно, для студентов.
Поскольку горячий резервуар нагревается снаружи, что требует больших затрат энергии, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно.Фактически, мы хотели бы, чтобы W равнялось Q h , и чтобы не было передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0). К сожалению, это невозможно. Второй закон термодинамики (второе выражение) также утверждает относительно использования теплопередачи для выполнения работы: Невозможно ни в одной системе для теплопередачи от резервуара полностью преобразовать работу в циклический процесс, в котором система возвращается в его исходное состояние.
Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла.В большинстве тепловых двигателей, таких как поршневые двигатели и вращающиеся турбины, используются циклические процессы. Второй закон в его второй форме четко гласит, что такие двигатели не могут иметь совершенного преобразования теплопередачи в выполненную работу.
КПД
Циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. По определению, внутренняя энергия такой системы U одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU = 0. Первый закон термодинамики гласит, что ΔU = Q-W, где Q — чистая теплопередача во время цикла (Q = Q h -Q c ), а W — чистая работа, выполненная системой.Поскольку ΔU = 0 для полного цикла, то W = Q. Таким образом, чистая работа, выполняемая системой, равна чистому теплопередаче в систему, или
[латекс] \ text {W} = \ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c} [/ latex] (циклический процесс),
, как показано схематически на (b).
КПД — один из важнейших параметров любой тепловой машины. Проблема в том, что во всех процессах наблюдается значительная теплопередача Q c , теряемая в окружающую среду. При преобразовании энергии в работу мы всегда сталкиваемся с проблемой получить меньше, чем вкладываем.Мы определяем эффективность теплового двигателя ( Eff ) как его полезную мощность W, деленную на передачу тепла двигателю Q ч:
[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {W}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex].
Поскольку W = Q h −Q c в циклическом процессе, мы также можем выразить это как
[латекс] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1 — \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] (для циклического процесса),
, поясняющий, что эффективность 1, или 100%, возможна только при отсутствии передачи тепла в окружающую среду (Q c = 0).
Циклы Карно
Цикл Карно — наиболее эффективный из возможных циклических процессов, в котором используются только обратимые процессы.
Цели обучения
Проанализировать, почему двигатель Карно считается идеальным двигателем
Основные выводы
Ключевые моменты
- Второй закон термодинамики показывает, что двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами.
- Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, которые снижают эффективность двигателя. Очевидно, обратимые процессы лучше с точки зрения эффективности.
- КПД Карно, максимально достижимый КПД теплового двигателя, задается как [латекс] \ text {Eff} _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text { T} _ \ text {h}} [/ латекс].
Ключевые термины
- второй закон термодинамики : Закон, гласящий, что энтропия изолированной системы никогда не уменьшается, потому что изолированные системы спонтанно развиваются к термодинамическому равновесию — состоянию максимальной энтропии.Равно как и вечные двигатели второго типа невозможны.
- тепловой двигатель : Любое устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу.
Мы знаем из второго закона термодинамики, что тепловая машина не может быть на 100 процентов эффективна, поскольку всегда должна быть какая-то передача тепла Q c в окружающую среду. (См. Наш атом в разделе «Тепловые двигатели».) Насколько эффективна тогда тепловая машина? На этот вопрос теоретически ответил в 1824 году молодой французский инженер Сади Карно (1796-1832) в своем исследовании появившейся в то время технологии тепловых двигателей, имеющих решающее значение для промышленной революции.Он разработал теоретический цикл, который теперь называется циклом Карно, который является наиболее эффективным из возможных циклических процессов. Второй закон термодинамики можно переформулировать в терминах цикла Карно, и поэтому Карно фактически открыл этот фундаментальный закон. Любой тепловой двигатель, использующий цикл Карно, называется двигателем Карно.
Для цикла Карно критически важно то, что используются только обратимые процессы. Необратимые процессы связаны с диссипативными факторами, такими как трение и турбулентность.Это увеличивает теплоотдачу Q c в окружающую среду и снижает КПД двигателя. Очевидно, что обратимые процессы лучше.
Второй закон термодинамики (третья форма): Двигатель Карно, работающий между двумя заданными температурами, имеет максимально возможный КПД по сравнению с любым тепловым двигателем, работающим между этими двумя температурами. Более того, все двигатели, в которых используются только обратимые процессы, имеют одинаковую максимальную эффективность при работе между одинаковыми заданными температурами.
КПД
Цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Напомним, что и изотермические, и адиабатические процессы в принципе обратимы.
PV-диаграмма для цикла Карно : PV-диаграмма для цикла Карно, использующая только обратимые изотермические и адиабатические процессы. Передача тепла Qh в рабочее тело происходит на изотермическом пути AB, который происходит при постоянной температуре Th. Теплоотдача Qc происходит из рабочего тела на изотермическом пути CD, который происходит при постоянной температуре Tc.Выход сети W равен площади внутри пути ABCDA. Также показана схема двигателя Карно, работающего между горячим и холодным резервуарами при температурах Th и Tc.
Карно также определил эффективность идеального теплового двигателя, то есть двигателя Карно. Всегда верно, что эффективность циклической тепловой машины определяется следующим образом: [latex] \ text {Eff} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h} — \ text {Q} _ \ text {c }} {\ text {Q} _ \ text {h}} = 1- \ frac {\ text {Q} _ \ text {c}} {\ text {Q} _ \ text {h}} [/ latex] .
Карно обнаружил, что для идеального теплового двигателя отношение Q c / Q h равно отношению абсолютных температур тепловых резервуаров.То есть Q c / Q h = T c / T h для двигателя Карно, так что максимальная эффективность Карно Eff C определяется как [латекс] \ text {Eff } _ \ text {c} = 1- \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex], где T h и T c в кельвинах. (Вывод формулы немного выходит за рамки этого атома.) Никакая настоящая тепловая машина не может работать так же хорошо, как КПД Карно — фактический КПД около 0,7 от этого максимума обычно является лучшим, что может быть достигнуто.
Тепловые насосы и холодильники
Тепловой насос — это устройство, которое передает тепловую энергию от источника тепла к радиатору против перепада температур.
Цели обучения
Объясните, как компоненты теплового насоса вызывают передачу тепла от холодного резервуара к горячему резервуару
Основные выводы
Ключевые моменты
- Тепловой насос предназначен для передачи тепла Qh в теплую среду, например в дом зимой.
- Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Qc происходила из прохладной окружающей среды, например, охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды.
- Тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. Это стало возможным за счет изменения направления потока хладагента и изменения направления полезной теплопередачи.
Ключевые термины
- CFC : органическое соединение, которое обычно использовалось в качестве хладагента.Больше не используется из-за разрушения озонового слоя.
Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники используют передачу тепла от холода к горячему. Передача тепла (Q c ) происходит из холодного резервуара в горячий. Для этого требуется рабочая мощность W, которая также преобразуется в теплопередачу. Таким образом, теплопередача к горячему резервуару составляет Q h = Q c + W. Задача теплового насоса заключается в передаче тепла Q h в теплую среду, например в дом зимой.Задача кондиционеров и холодильников заключается в том, чтобы передача тепла Q c происходила из прохладной окружающей среды, такой как охлаждение комнаты или хранение продуктов при более низких температурах, чем температура окружающей среды. На самом деле тепловой насос можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения помещения. По сути, это кондиционер и обогреватель в одном устройстве. В этом разделе мы сконцентрируемся на его режиме нагрева.
Тепловые насосы
В основном тепловом насосе используется рабочая жидкость, например хладагент, не содержащий CFC.Основными компонентами теплового насоса являются конденсатор, расширительный клапан, испаритель и компрессор. В наружных змеевиках (испарителе) теплоотдача Q c происходит к рабочему телу от холодного наружного воздуха, превращая его в газ. Компрессор с электрическим приводом (рабочая мощность W) повышает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора, которые находятся внутри отапливаемого пространства. Поскольку температура газа выше, чем температура внутри комнаты, происходит передача тепла в комнату, и газ конденсируется в жидкость.Затем жидкость течет обратно через редукционный клапан к змеевикам испарителя наружного блока, охлаждаясь за счет расширения. (В цикле охлаждения змеевики испарителя и конденсатора меняются ролями, и направление потока жидкости меняется на противоположное.)
Простой тепловой насос : Простой тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: (1) конденсатор, (2) расширительный клапан, (3) испаритель и (4) компрессор.
Коэффициент полезного действия
О качестве теплового насоса судят по тому, сколько тепла Q h происходит в теплое пространство по сравнению с тем, сколько работы W требуется.Мы определяем КПД теплового насоса (COP л.с. ) равным
.[латекс] \ text {COP} _ {\ text {hp}} = \ frac {\ text {Q} _ \ text {h}} {\ text {W}} [/ latex].
Поскольку КПД теплового двигателя составляет Eff = W / Q h , мы видим, что COP л.с. = 1/ Eff . Поскольку КПД любого теплового двигателя меньше 1, это означает, что коэффициент полезного действия л.с. всегда больше 1, то есть тепловой насос всегда имеет большую теплопередачу Q ч , чем вложенная в него работа.Еще один интересный момент заключается в том, что тепловые насосы лучше всего работают при небольших перепадах температур. КПД идеального двигателя (или двигателя Карно) составляет
.[латекс] \ text {Eff} _ \ text {C} = 1 \ frac {\ text {T} _ \ text {c}} {\ text {T} _ \ text {h}} [/ latex];
таким образом, чем меньше перепад температур, тем меньше КПД и тем больше КПД л.с. .
Кондиционеры и холодильники
Кондиционеры и холодильники предназначены для охлаждения чего-либо в теплой среде.Как и в случае с тепловыми насосами, для передачи тепла от холода к горячему требуется дополнительная работа. О качестве кондиционеров и холодильников судят по тому, какая теплоотдача Q c происходит из холодной среды по сравнению с тем, сколько работы W требуется.