重力车背后的物理原理是什么?

时间:2021-10-06 09:25:08   作者:
我假设绳子缠绕在车轴上,但最后是自由的,所以当重量降到最低时,绳子就会松开,汽车就会滑行。在这种情况下,更重的重量会使汽车在开始滑行时跑得更快,所以当它减速时,由于车轮摩擦和空气阻力,它会滑行得更远。

作为一名工程师,我很想用Excel做一个汽车模型,并在我改变重量,重量的高度,汽车的总质量,和齿轮传动比时,画出它的性能。但我认为这超出了这个问题的范围。重力车的精妙之处在于你也可以通过实验来优化它。做大量的运行和记录的结果,因为你改变了赛车的参数。然后绘制图表,找出能使汽车跑得最远的一组参数。基本上,开始时的势能越大,汽车就会跑得越快。汽车的最大速度是势能的平方根。如果你把重量增加一倍,势能就会增加一倍,汽车的速度就会增加1.414倍。1.414是2的平方根。

重力车背后的物理原理是什么

或者如果你把重物的质量翻倍,势能也会翻倍。但是,汽车的总质量会增加,而最大速度的增加不会那么多。如果汽车的总质量比重量的质量大得多,它将更接近于1.414。如果重量占了大部分质量,速度的增加就会小得多。

然后是齿轮传动比。齿轮传动比是车轮直径与车轴直径的比值。如果车轴直径为1厘米,车轮直径为5厘米,那么传动比为5:1。1厘米的绳子将使汽车移动5厘米的距离。

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如果传动比过低,重量会下降得太快,当重量触底时,大量的动能会损失掉。但如果传动比过高,重量就会移动得太慢,几乎无法克服汽车的摩擦,当能量耗尽时,汽车就会行驶得太慢,无法滑行很远。

所以,总能量等于重物的高度乘以重物的质量。增加高度比增加质量更有好处,因为增加总质量会使车减速。给定你选择的质量和高度,诀窍就在于通过实验调整齿轮传动比来获得最远的旅行距离。你可以很容易地做到这一点,用胶带缠绕轴,使其直径更大。
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