Презентація "Визначення ККД велосипеда під час нерівномірного руху".

Експериментальне дослідження з теми: Визначення ККД велосипеда під час нерівномірного руху Присвячено «Всесвітньому дню велосипеда» - 3 червня 2023 року Виконала учениця 3(7)-А класу КУ Сумської гімназія № 1 Шевченко Стефанія. Вчитель фізики Казбан Т. Л.

Мета роботи: визначити ККД звичайного велосипеда, використовуючи прості доступні засоби вимірювання Актуальність роботи: широке використання велосипеду як екологічного та дешевого транспортного засобу, а також для занять спортом і туристичних поїздок, потребує порівняння ККД різних типів велосипедів та велосипедів з іншими мускульними засобами пересування для підвищення енергетичної ефективності велосипедів.

Я тимчасово живу в Нідерландах. Всі знають Нідерланди, як країну сиру, тюльпанів і вітряків. А ще відомо, що велосипедистів у Нідерландах більше ніж мешканців. Велосипеди всюди! Велосипедами їздять в школу і на роботу. А у вихідні Нідерландці їдуть на велосипедну прогулянку. Три тижні тому ми їздили із класом на шкільну екскурсію в інше місто на 3 дні. Всі школярі і вчителі їхали велосипедами! Ми проїхали 50 км! Мене зацікавило, на скільки ефективно я витрачаю свою енергію підчас руху.

Вступ. ВЕЛОСИПЕД – це дво- або триколісний транспортний засіб, що приво- диться в рух м'язовою силою ніг за допомогою педалей. Це тлумачення наводить Словник української мови [1]. Хоча відразу слід зазначити, що існують одноколісні велосипеди (уніцикли) і чотириколісні велосипеди (квадроцикли), з ручним приводом (хендбайк) та електровелосипеди, певний час були поширені мотовелосипеди з бензиновим двигуном. Тобто існує величезна кількість різноманітних конструкцій і типів велосипедів [2].

В цьому дослідженні будемо використовувати мій власний велосипед - звичайний двоколісний велосипед класичного типу

Теоретичне обґрунтування експерименту КДД – коефіцієнт корисної дії – це відношення корисної зміни енергії Wкор системи ( корисної роботи Акор ) до загальної енергії Wзаг отриманої системою від джерела енергії ( виконаної роботи Авик ), представлене десятковим дробом або у відсотках: 𝜂=𝑊кор𝑊заг  Для розрахунку ККД треба визначитись з тим, що вважати виконаною роботою, а що корисною. Для звичайного велосипеда Авик – це робота м'язів велосипедиста. Корисною роботою часто вважають роботу, яка виконується ведучими колесами автомобіля або велосипеда, при цьому враховуються тільки внутрішні втрати енергії в двигуні та системі передач засобу пересування. За темою дослідження необхідно визначити ККД при нерівномірному русі, тому вважатимемо корисною енергію – кінетичну енергію набуту велосипедом і велосипедистом під час розгону з місця: 𝑊кор=(𝑚1+𝑚2) 𝑣22  

Для вимірювання робити м'язів ніг, треба застосувати спеціальний спосіб обертання педалей: їхати на велосипеді не сидячі у сідлі, а стоячі на педалях і почергово переступаючи з однієї ноги на іншу. При цьому на кожну педаль діятиме сила рівна вазі велосипедиста P = m1g, де m1 – маса велосипедиста, а за кожні півоберта буде виконуватися робота, що дорівнює зменшенню потенціальної енергії велосипедиста при опусканні ноги на висоту 2 R: Авик1 = m1gh = m1g·2 R, де R – радіус обертання педалей (довжина хитуна педалі). За n напівобертів педалей (переступань з ноги на ногу) робота дорівнює Авик= m1g·2 Rn. 𝜂=𝑊кор𝑊заг = (𝑚1+𝑚2) 𝑣24 𝑚1𝑔𝑅𝑛 

Проведення вимірювань

Проведення вимірювань Швидкість, яку набуває велосипед за n напівобертів педалей, вимірювали з допомогою встановленої на мобільному телефоні програми «GPS-спідометр» розробника App. Aspect Technologies Pvt. Ltd. , порівнювали ці вимірювання з показами Google Maps, а також перевіряли GPS-вимірювачі за показами спідометра автомобіля, що рухався паралельно

Результати вимірювань Маса велосипедиста (моя маса) m1 = 54 кг. Маса велосипеда m2 = 16 кг. Довжина хитуна педалі R = 0,2 м Кількість зроблених мною наступів ногою на педаль n = 7 Швидкість, яку набуває велосипед внаслідок n наступів на педалі з силою F = m1g: 𝑣=15кмгод =4,17мс  

Розрахунок ККД велосипеда𝜂=𝑊кор𝑊заг = (𝑚1+𝑚2) 𝑣24 𝑚1𝑔𝑅𝑛 𝜂 = (54 кг+16кг) (4,17 мс)24∙54кг∙9,8 нкг∙ 0,2 м ∙ 7 = 0,41 = 41 %  

Висновок. Отримане значення ККД велосипеду нижче ніж можна знайти в деяких джерелах Інтернету. Але тих вимірюваннях, враховуються тільки внутрішні втрати при передачі обертання на ведуче колесо. У новітніх моделях розробники сподіваються отримати ККД до 98 %, для цього повністю вилучають ланцюгову передачу і пропонують інший механізм передачі обертання на колесо [3]. В моєму дослідженні вимірюється кінцева корисна енергія, на яку впливають втрати внаслідок дії зовнішніх сил: тертя кочення коліс по дорозі, опір повітря. Ці втрати значно більші внутрішніх втрат і залежать від якості поверхні дороги, тиску повітря в колесах, швидкості руху і вітру. Тому в різних вимірюваннях будуть відрізнятися.

Використані джерела3. https://hightech.plus/2018/07/10/velosiped-bez-cepi-pokazivaet-kpd-981. Велосипед // Словник української мови : у 20 т. — К. : Наукова думка, 2010—20202. https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D1%81%D0%B8% D0%BF%D0%B5%D0%B4#cite_note-1