Engineering
Wariator cierny
Przesuwaj rolkę w poprzek obracającej się tarczy przy stałym obciążeniu: prędkość wyjściowa podąża za r/R przez zero aż do ruchu wstecznego. Zmniejszaj docisk, aż rolka zacznie się ślizgać; potem zwolnij docisk, ponownie dociśnij rolkę do obracającej się tarczy i porównaj ciepło poślizgu z energią, którą przejmuje koło zamachowe.
Co się dzieje
Silnik obraca płaską tarczę; rolka o promieniu R = 0,15 m, dociskana do jej powierzchni czołowej siłą N, toczy się w odległości r od osi tarczy i napędza wał wyjściowy z kołem zamachowym i hamulcem obciążającym. Przy toczeniu bez poślizgu obie powierzchnie poruszają się w styku razem, r·ω₁ = R·ω₂: wyjście obraca się z prędkością równą r/R prędkości tarczy, a stosunek prędkości w sposób ciągły podąża za rolką – przechodzi przez zero w środku i za nim zmienia znak. Styk może przenieść siłę styczną do μN. Moment obciążenia T wymaga na rolce siły T/R, gdziekolwiek się ona toczy; silnik daje wtedy T·r/R. Zmniejsz docisk poniżej T/(μR), a rolka zacznie się ślizgać: wyjście stanie, a praca silnika w styku będzie zamieniać się w ciepło, μN·r·ω₁. Zwolnij docisk i ponownie dociśnij rolkę do obracającej się tarczy: rolka ślizga się, dopóki μN rozpędza koło zamachowe, a bez obciążenia ciepło poślizgu jest dokładnie równe energii kinetycznej, którą zyskuje koło zamachowe.
Model: sztywne tarcza, rolka i koło zamachowe; styk to punkt z tarciem Coulomba, który się toczy albo ślizga. Rolka jest przesuwana z prędkością 0,1 m/s; poślizg boczny i siła przesuwania, poślizg sprężysty, wiercenie na szerokości styku i zużycie nie są modelowane.
Co wypróbować
Przesuwaj rolkę powoli od brzegu przez środek; potem zmniejszaj docisk, aż rolka zacznie się ślizgać, a następnie zwolnij i ponownie przyłóż docisk.
Równania modułu
Równania r ω₁ = R ω₂, F ≤ μN T₁ = T₂ r/R N < T₂/(μR) ⇒ P = μN (r ω₁ − R ω₂) dω₁/dt = 0, T₂ = 0 ⇒ Q = ½ J ω₂²
