Engineering

Фуникулёр: два вагона на склоне

Сравнивайте загрузку вагонов, тягу общего троса и возврат электроэнергии при торможении.

Изображение из программы

Что попробовать

Сделайте один вагон тяжелее. Сравните мощность в обоих направлениях. Отрицательная электрическая мощность означает возврат энергии в сеть.

Модель и её ограничения

Две массы на нерастяжимом тросе, ограниченный двигатель и КПД рекуперации. Прямой путь с наклоном 28 градусов; упругость троса и подробная динамика колёс не рассчитываются.

Уравнения модуля

Уравнения
(m_A + m_B) dv/dt = F_motor - (m_A - m_B) g sin(theta) - F_drag
P_shaft = F_motor v

Другие эксперименты

К каталогу

Engineering

Шагающий экскаватор

Работайте на жёлтом шагающем экскаваторе на крутом альпийском лугу под моросящим дождём. Его корпус выравнивается на четырёх телескопических опорах — двух лапах с когтями и двух колёсах, — а опорный многоугольник между ними нарисован на траве вместе с отвесом из центра масс: зелёный, пока запас широкий, красный вблизи опрокидывания. Четыре нагрузки на опоры статически неопределимы и следуют из податливости опор; опора, которую пришлось бы тянуть, отрывается. Выкопайте траншею, поднимите полный ковш и поверните его: гидравлическая работа до джоуля уходит в высоту, резание и нагрев клапанов. На мокром дёрне машина соскальзывает при atan μ = 33° задолго до опрокидывания. Встаньте лицом вниз по склону на твёрдом грунте — и усилие отрыва ковша опрокинет её через передние лапы при силе по замкнутой формуле, если только более низкое давление предохранительного клапана не остановит ковш раньше. Поднимите опору: верхняя по склону передняя опора освобождается, нижняя по склону не поднимется, пока стрела не будет повёрнута на другую сторону.

Engineering

Пожарная автолестница

Ночью перед горящим домом пожарная машина стоит на четырёх выносных опорах и поднимает автолестницу к окну верхнего этажа. Четыре телескопических колена изгибаются как ступенчатая консоль, прогиб которой по замкнутой формуле совпадает с интегралом единичной нагрузки, и лестница рисуется изогнутой по нему, с увеличением. Когда в люльку входит второй человек, вершина опускается на m g cos θ/k с перерегулированием, затем качается с первой изгибной частотой sqrt(k/m_eff)/2π и затухает с логарифмическим декрементом 2πζ; порыв ветра тоже раскачивает её. Сдвиньте опоры — и нагрузка на пяты распределяется всё неравномернее: при 1,5 м одна отрывается, пока люлька качается, при 1,2 м машина опрокинулась бы. Грузовая диаграмма даёт допустимую нагрузку в зависимости от вылета, а работа нагрузок прослеживается в раскачивание и демпфирование.

Engineering

Спуск спасательной шлюпки

Сбросьте закрытую шлюпку свободного падения с кормового слипа судна снабжения в сумерках. Она скользит по направляющим с кулоновым трением и сходит с них ровно со скоростью sqrt(2 g L (sin theta - mu cos theta)), опрокидывается носом вниз через кромку, пока контакт не отпустит её, летит по параболе и встречает тёмное море там, где говорит замкнутая формула, со скоростью, которую даёт энергия. Она ныряет на два метра, плавучесть корпуса — почти в пять раз больше её веса — разворачивает её вверх, она всплывает, и винт уводит её, пока затухают килевая и вертикальная качка. Смотрите нагрузки на носовом, среднем и кормовом креслах: с большей высоты шлюпка входит быстрее и нагружается сильнее, с более крутого слипа входит ровнее, дифферент на корму опускает кромку. Каждый джоуль прослеживается в трение, сопротивление, удар и воду.