Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen:

| Senaste Veckans fråga | Alla Veckans frågor | ämnen |

4 frågor / svar hittades

Är det en fördel att vara tung om man är störtloppsåkare?

Fråga:
I slalomsammanhang får man av s.k. experter höra: "Det är bra att du har lagt på dej några extra kilon, för då går det ju fortare." I praktiken tycks det vara så. Men energiprincipen säger ju att massan är oväsentlig (under förutsättning att vi endast har Wp och Wk som växelverkar).
Den enda förklaring jag har till fenomenet har att göra med Newtons första princip - en tröghetsfråga alltså. Den tyngre alpinisten besitter ju en större rörelsemängd.
Har du några förklaringar?

/Staffan  L,  Tekniskt/Naturvet. Basår,  Skellefteå 1997-11-26
Svar:
Detta påstås ofta av kommentatorer, men ligger det något i det?

Det mest väsentliga (förutom skicklighet att åka skidor) är luftmotståndet (friktion). Det är i princip luftmotståndet som bestämmer hastigheten. Vad händer då med en skidåkare som lägger på hullet? Jo han eller hon blir lite större och lite tyngre. Men eftersom volymen av en ideal klotformig skidåkare går som r3 medan ytan går som r2, så ökar massan (volymen) snabbare än ytan med faktorn r. Kraften som drar skidåkaren nedåt är ju proportionell mot massan, medan kraften som bromsar (luftmotståndet) är proportionell mot ytan. Vi får allstå en större kraft för den tyngre skidåkaren, medan luftmotståndet inte ökar lika mycket. Så om allt annat är lika så har en tyngre åkare en fördel.

Vad gäller glidfriktion mellan snön och skidorna är den propotionell mot normalkraften som är proportionell mot massan. För denna har alltså skidåkarens vikt ingen betydelse eftersom både friktionen och den dragande kraften är proportionell mot massan.

Se även fråga [20012].
Länkar: http://www.nbclearn.com/portal/site/learn/resources
/PE 2002-10-15


Vad kostar det i bränsle att öka hastigheten för en lastbil från 60 till 80 km/tim?

Fråga:
Jag skall hålla en utbildning för lastbilschaufförer. Hastigheten och förmågan att planera sin körning är alltid ett hett ämne som kräver konkreta svar.

Fråga: Vad kostar det i energi (diesel) att öka hastigheten från 60 till 80 km/tim resp från 5 till 25/km/tim. Fordonets totalvikt 60 ton resp 20 ton.
Konsekvens: Om man bromsar från 80 till 60 km/tim förlorar man i princip lika mycket i rörelseenergi som det kostat att accelera från 60 till 80 km/tim.
/Klas  G,  Brantevik 2009-11-09
Svar:
Klas! Eftersom man normalt kör ganska långa sträckor så är det inte accelerationerna som är avgörande utan friktionsförluster - inklusive luftmotstånd. En personbil har en optimal hastighet på c:a 70-90 km/t, se länk 1 och 2 nedan. I länk 1 finns ett diagram på bränsleeffektivitet och tips för effektiv körning.

Om hastigheten är v så är luftmotståndet (bromsande kraften)

Fluftmotstånd = konstantv2

(se Drag_(physics)). Effekten går som Fv, så förlusterna från luftmotståndet går som v3. Å andra sidan kör man längre per tidsenhet, så slutresultatet blir att effektiviteten minskar som v2.

Det är klart att det optimala är att köra med så konstant hastighet som möjligt. Om man inte har KERS (se fråga 16552 nedan) så är ju bromseffekten rena förluster.

Eftersom rörelseenergin är mv2/2, kostar det mycket mer energi att accelerera från 60 km/t till 80 km/t än att accelerera från 5 km/t till 25 km/t. Kraften som krävs för accelerationen är (bortsett från luftmotståndet) densamma, men kraften verkar vid den högre hastigheten på en längre sträcka, så den erfordrade energin blir större.

Bränsleekonomi för en bil är ett ganska komplicerat ämne med många parametrar, så man kan inte räkna ut bränsleförbrukningen med hjälp av en enkel formel. Det bästa är att pröva själv - vissa bilar visar den ögonblickliga bränsleförbrukningen så för dessa är det enkelt.

Låt oss avslutningsvis beräkna hur mycket diesel det kostar att accelerera en 20 tons lastbil från 5 till 25 km/t och från 60 till 80 km/t. Energiutbytet för dieselolja är enligt Energy_content_of_biofuel 40.3 MJ/l. Om vi räknar med en effektivitet på 40% blir energiutbytet 16100 kJ/l. Detta värde har använts för att räkna ut förbrukningen i den sista kolumnen.

Hastighet Ekin DEkin Förbrukning
5 1.4 19.6
25 6.9 476 456.4 0.028
.
60 16.7 2790 80 22.2 4930 2140 0.13
km/t m/s kJ kJ liter dieselolja

Det tar alltså hisnande 0.13 l diesel att accelerera vår 20 tons lastbil från 60 till 80 km/t!
Länkar: http://eartheasy.com/live_fuel_efficient_driving.htm  |  http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/eng99/eng99540.htm
/Peter E 2009-11-09


Luftmotstånd

Gymnasium: Kraft-Rörelse - friktion, luftmotstånd [18144]
Fråga:
1. Luftmotståndet på ett klot ges av formeln

F = k r2v2 där

k = 0,92kg/m3

r - klotets radie

v - klotets hastighet

a) Kontrollera att enheterna stämmer i formeln

b) En bordtennisboll har radie 1,9 cm och massan 2,5 g. Bestäm sluthastighet för en bordtennisboll som faller genom luften.

b) skulle jag behöva hjälp med, mitt svar stämmer inte svaret med kollegans
/Azira  H,  2011-10-13
Svar:
a (kg/m3)m2(m/s)2 = kgm/s2 = N, vilket är SI enheten för kraft.

b Sluthastigheten uppnås när luftmotståndet är lika med tyngdkraften mg:

mg = k r2v2

v2 = mg/(k r2) = 0.00259.81/(0.92(0.019)2) = 73.8

v = sqrt(73.8) = 8.6 m/s

Låter lite mycket, men nog korrekt med de givna uppgifterna!

Låt oss kontrollera med uttrycket för sluthastighet som finns i fråga [15385] (med luftens densitet 1.2 kg/m3):

v = sqrt(2mg/(rACd)) =
sqrt(20.00259.81/(1.2p(0.019)20.47)) = 8.8 m/s

vilket stämmer utmärkt med ovanstående värde!
/Peter E 2011-10-13


Stora störtloppsåkare, igen

Fråga:
Fråga angående ”869”, där ni diskuterar massans betydelse för en störtloppsåkare.
I svaret påstås att en tyngre åkare får en högre hastighet med följande resonemang:

”Kraften som drar skidåkaren nedåt är ju proportionell mot massan, medan kraften som bromsar (luftmotståndet) är proportionell mot ytan. Vi får allstå en större kraft för den tyngre skidåkaren, medan luftmotståndet inte ökar lika mycket. Så om allt annat är lika så har en tyngre åkare en fördel.”

Jag förstår inte resonemanget kring hur en större kraft ger en större hastighet...

MITT RESONEMANG:
Hänvisningen är således till Newtons andra lag: F = ma.
Ett större föremål får ju en större kraft. Men: Detta är i mina ögon inte samma sak som att föremålet får en högre hastighet - det är ju en större massa som ska accelereras.
Galileis lag ger att två föremål som faller från samma höjd faller lika fort oberoende av vikt givet att fritt fall föreligger. Detta trots att det tyngre föremålet påverkas av en större kraft. I vardagen har vi inte fritt fall, utan ett motstånd. Men det blir inte med nödvändighet mindre om massan ökar.
På motsvarande sätt menar jag att skidåkaren kommer att omsätta lägesenergi i rörelseenergi: mgh = 0,5mv^2, dvs massan spelar ingen roll om luftmotståndet och friktionen från underlaget försummas (givet att åkaren inte ”stakar”).
Enligt det resonemanget att en tyngre åkare skulle vara snabbare, så måste det innebära att han får ett mindre motstånd. Jag har svårt att se hur luftmotståndet skulle minska med massan (vilket inte heller påstås). Återstår att den tyngre åkaren skulle ha mindre friktion, trots att friktionen är proportionell mot normalkraften (som beror av massan). Det skulle möjligen kunna vara sant om åkaren med sin större massa trycker ner snön och därmed påverkar friktionstalet till sin fördel (vilket är tveksamt i en välpreparerad backe).

Min förklaring till att en tyngre åkare skulle kunna ha en fördel är följande:
Utförsåkning är en krävande sport. Det är jobbigt att krypa ihop i störtloppsställning. Det krävs stora krafter för att kunna hålla emot i svängarna. Det gynnar en fysiskt vältränad person med stor muskelmassa. Att lägga på sig muskelmassa ger en större vikt. Kraftfullheten som åkare ger en större effekt än den uppbromsande friktionen från en ökad massa, varför en tyngre åkare borde ha fördel (förutsatt att massan sitter på rätt ställe).
/Philip  L,  2015-12-08
Svar:
Nej, resonemanget i fråga [869] är korrekt och, tycker jag, tydligt. Du antar att luftmotståndet kan försummas. Det är tvärtom så att luftmotståndet är den dominerande bromsande kraften vid hög hastighet (se länk 1, s 350). Du kan se det vid en störloppstävling. Om en åkare har dålig balans måste hon/han resa sig lite för att återfå balansen. Man ser tydligt på mellantiderna att den sämre aerodynamiken medför att farten minskar.

Det är klart att skidåkarens vikt bara är en parameter som bestämmer resultatet. God teknik och styrka att hålla emot g-krafter (se fråga [15970]) är självklart mycket viktiga -- Lindsey Vonn är relativt stor för en tjej (75 kg, 178 cm lång) men det är säkert den utmärkta tekniken som gör henne så överlägsen! Intressant är också att Anja Pärsson föredragit att vara lättare, med det var för att bli bättre i slalom, se länk 2.

Här är ett annorlunda resonemang som leder till samma slutsats:

Om vi antar att den dominerande bromsande kraften är luftmotståndet kan man härleda ett uttryck för sluthastigheten enligt nedanstående bild från fråga [15385].

Om vi stryker alla konstanter och låter ~ betyda proportionellt mot, så får vi sluthastigheten

Vt ~ sqrt(m/A) ~ sqrt(r3/r2) = sqrt(r)

I termer av massan m får vi eftersom m ~ r3:

Vt ~ sqrt(r) ~ (m1/3)1/2 = m1/6

Sluthastigheten ökar alltså som sjätte roten ur massan.

Se även fråga [18144].

Question Image

Länkar: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/16679.pdf  |  http://www.aftonbladet.se/sportbladet/vintersport/alpint/article12733366.ab
/Peter E 2015-12-08


| Senaste Veckans fråga | Alla Veckans frågor | ämnen |

** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
Länkar till externa sidor kan inte garanteras bibehålla informationen som fanns vid tillfället när frågan besvarades.

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons: Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar