Методические рекомендации по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы разработаны для специальностей железнодорожного профиля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КАНДАЛАКШСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

(ГАОУ МО СПО «КИК»)

Методическое пособие

Рекомендации по выполнению

внеаудиторной самостоятельной работы»

по разделу «Механика»

(дисциплина «Физика»)

Автор работы

преподаватель физики

Некрасова Вера Геннадьевна

г. Кандалакша

Содержание

Страница

1. Введение……………………………………………………………………….. 3

2. Проверка достижений обучающихся……………………………………….. 4

3. Критерий оценки………………………………………………………………. 5

4. Перечень внеаудиторных самостоятельных работ……………………….. 7

5. Рекомендации к теоретической подготовке обучающихся………………. 8

6. Указания по выполнению внеаудиторных самостоятельных работ … ….9

7. Инструкции по выполнению внеаудиторных самостоятельных работ….10

2

Методические рекомендации и указания

по проведению выполнения лабораторных и практических работ.

Введение.

Дисциплина «Физика» относится к числу профильных дисциплин (ПД), придающих профессиональную направленность подготовки обучающихся в индустриальном колледже. Она связана с дисциплинами: электротехника, материаловедение, допуски и посадки, математика, информатика, производственное обучение.

Методические указания по выполнению внеаудиторных самостоятельных работ разработаны согласно рабочим программам по учебной дисциплине «Физика» и требованиям к результатам обучения согласно новым стандартам среднего профессионального образования (далее - ФГОС СПО).

Цель методических указаний - помочь обучающимся выполнить внеаудиторные самостоятельные работы, предусмотренные программой по физике, научить грамотно и правильно оформлять отчёты, составлять таблицы, производить необходимую числовую обработку результатов практического задания или лабораторного эксперимента, определять погрешности вычислений, сравнивать полученные результаты с табличными значениями, делать выводы.

Весь процесс выполнения внеаудиторных самостоятельных работ включает в себя теоретическую подготовку, ознакомление с инструкциями по решению задач и проведению опыта, выполнения измерений, числовой обработке результатов эксперимента или практической работе, сдачу отчёта по выполненной работе. Работа должна быть выполнена в четкой логической последовательности. Ответы на вопросы должны быть конкретны, точны, по изученной теме, с выводами и обобщениями. Выполнение внеаудиторных самостоятельных работ предполагают:

• необходимость усвоения каждым обучающимся определённого раздела или тема по дисциплине «Физика»;

• развитие умений ориентироваться в дополнительных источниках по дисциплине (справочники, таблицы), иметь представление о содержании теоретического материала в учебных пособиях по физике и по специальным дисциплинам;

• анализировать, систематизировать и обобщать изученный материал;

• правильно применять основные законы, формулы и понятия при самостоятельном решение задач, выполнение лабораторных или практических работ.

При подготовке к выполнению внеаудиторных самостоятельных работ следует внимательно изучить инструкцию к работе, опираться на лекции и рекомендации преподавателя, использовать учебники и справочные материалы. При выполнении заданий, с учетом выбранной темы, обучающейся обязан использовать материалы лекций, учебников, учебных пособий, а также ознакомиться с основным теоретическим материалом по профессиональной деятельности.

3

Проверка достижений обучающихся

В ходе выполнения внеаудиторной самостоятельной работе по дисциплине «Физика» осуществляется проверка достижения обучающимися следующих результатов:

личностных:

• физически грамотное поведение в профессиональной деятельности и быту при обращении с приборами и устройствами;

• умение самостоятельно добывать новые для себя физические знания, используя для этого доступные источники информации (учебные пособия, справочные материалы);

• умение управлять своей познавательной деятельностью, проводить самооценку уровня собственного интеллектуального развития;

метапредметных:

• применение основных методов познания (наблюдения, описания, измерения, эксперимента) для изучения физических явлений и процессов;

• использование основных операций: постановки задачи, формулирования гипотез, анализа и синтеза, сравнения, обобщения, систематизации, выявления причинно-следственных связей, поиска аналогов, формулирования выводов для изучения различных сторон физических объектов, явлений и процессов, с которыми возникает необходимость сталкиваться в профессиональной сфере;

• умение генерировать идеи и определять средства, необходимые для их реализации;

• умение использовать различные источники для получения физической информации, оценивать ее достоверность;

• умение представлять результаты собственного исследования, доступно и гармонично сочетая содержание и формы представляемой информации;

предметных:

• владение основополагающими физическими понятиями, закономерностями, законами и теориями; уверенное использование физической терминологии и символики;

• владение основными методами научного познания, используемыми в физике: наблюдением, описанием, измерением, экспериментом;

• умения обрабатывать результаты измерений, обнаруживать зависимость между физическими величинами, объяснять полученные результаты и делать выводы;

• сформированность умения применять полученные знания для объяснения условий протекания физических явлений в природе, профессиональной сфере и для принятия практических решений в повседневной жизни;

• сформированность собственной позиции по отношению к физической информации, получаемой из разных источников.

4

Критерии оценок лабораторных работ

Оценка «5» (отлично) ставится, если обучающийся выполняет работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений; самостоятельно и рационально монтирует необходимое оборудование; все опыты проводит в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдает требования правил безопасного труда; в отчете правильно и аккуратно выполняет все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления; правильно выполняет анализ погрешностей.

Оценка «4» (хорошо) ставится, если выполнены требования к оценке 5, но было допущено два - три недочета, не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» (удовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы; если в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.

Оценка «2» (неудовлетворительно) ставится, если работа выполнена не полностью и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов; если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.

Лабораторные работы выполняются по письменным инструкциям, которые приводятся в данном пособии. Каждая инструкция содержит краткие теоретические сведения, относящиеся к данной работе, перечень необходимого оборудования, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.

Внимательное изучение методических указаний поможет выполнить работы.

Критерий оценки письменных самостоятельных работ

Оценка «5» ставится за работу, выполненную без ошибок и недочетов или имеющую не более одного недочета.

Оценка «4» ставится за работу, выполненную полностью, но при наличии в ней:

а) не более одной негрубой ошибки и одного недочета,

б) или не более двух недочетов.

Оценка «3» ставится в том случае, если ученик правильно выполнил не менее половины работы или допустил:

а) не более двух грубых ошибок,

б) или не более одной грубой ошибки и одного недочета,

в) или не более двух-трех негрубых ошибок,

г) или одной негрубой ошибки и трех недочетов,

д) или при отсутствии ошибок, но при наличии 4-5 недочетов.

Оценка «2» ставится, когда число ошибок и недочетов превосходит норму, при которой может быть выставлена оценка «3», или если правильно выполнено менее половины работы.

Критерии оценок расчётных заданий.

За решение каждого задания, в зависимости от сложности, дается определенное количество баллов, но не каждое решение заслуживает высшей оценки. Поэтому за решение задачи выставляется лишь часть баллов от номинала. Система проверки представляет собой перечень критериев, по которым оценивается решение задачи. Каждому критерию соответствует процентное отношение от номинального количества баллов за определенное задание или задачу.

5

№ п/п

Содержание и методические обоснования критериев оценки.

Процент

Оцениваемые элементы

Описание содержания элементов

I.

Ознакомиться с условием задачи

(анализ условия задачи и его наглядная интерпретация схемой или чертежом).

25

1.

Краткая запись условия, использование физической символики

выделять данные в условии величины, записывать их, определять искомые.

10

2.

Запись единиц измерения и перевод их в СИ

осведомленность обучающегося о системе СИ и перевод в систему СИ внесистемных единиц

5

3.

Хорошее оформление работы, четкие рисунки и чертежи

анализировать задачу, выполнять дополнительные построения и чертежи

5

4

Нахождение и запись необходимых табличных и дополнительных данных

определять, какие еще данные необходимы для решения и где их найти, а также навыки пользования таблицами и справочниками.

5

II

Составить план решения задачи

(составление уравнений, связывающих физические величины, которые характеризуют рассматриваемое явление с количественной стороны)

25

1.

Обоснование выбора физических формул для решения

понимание описанной в задаче физической ситуации или явления

2.

Рациональный способ решения

найдено наиболее оптимальное решение

3.

Запись формул

проверка прочности знаний

III

Осуществление решения

(совместное решение полученных уравнений относительно той или иной величины, считающейся в данной задаче неизвестной)

25

1.

Вывод расчетных(ой) формул(ы)

выделить в системе исходных физических уравнений неизвестные величины и выразить их через данные в условии.

15

2.

Решение задачи в общем виде

решение задачи стандартным способом

10

IV

Проверка правильности решения задачи (анализ полученного результата и числовой расчет)

25

1.

Вычисления

рационально делать числовые расчеты по формулам, в частности с учетом приближенных вычислений.

5

2.

Математические операции с единицами измерения физических величин

умения, специфичные для решения именно физических задач.

5

3.

Краткое объяснение решения

понимание теоретического материала и сознательный подход к решению задачи.

5

4.

Оригинальный способ решения

решение задачи не стандартным способом (возможно, что решение будет боле сложным).

5

5.

Анализ полученных результатов

правильность найденного ответа.

5

6

Перечень внеаудиторных самостоятельных работ

1. Самостоятельная работа №1 Лабораторная работа «Изучение ускорения свободного падения»

2. Самостоятельная работа №2 Практическая работа «Изучение тормозного пути ж/д состава»;

   1. «Исследование тормозного пути пассажирского поезда по номограмме»;

2.2.Решение задач по теме «Тормозной путь»;

2.3. «Расчет тормозного пути».

2.4. Практическое задание по теме «Коэффициент трения тормозных колодок»

3. Самостоятельная работа №3Творческая работа Движение железнодорожного состава

4. Самостоятельная работа №3Лабораторная работа 4 «Расчет механической мощности»

5. Самостоятельная работа №3 Работа № 5 Тест на соответствие.

7

Рекомендации к теоретической подготовке обучающихся

Теоретическая подготовка необходимая для выполнения внеаудиторной работы (проведения физического эксперимента, решение расчётных заданий, работа с таблицами, номограммой), должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором инструкции к данной работе.

Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание физической сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:

Название работы.

Цель работы.

Оборудование и материалы.

Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин, а так же расчетные формулы для определения погрешностей измеряемых величин).

Расчеты - окончательная запись результатов работы.

Вывод.

Ответы на контрольные вопросы по работе.

Внеаудиторные самостоятельные работы по разделу «Механика» направлены на освоение обучающимися результатов, отраженных в программе по дисциплине «Физика».

Письменные инструкции к каждой работе, приведенные в данном пособии, не только позволяют определить порядок выполнения работы, но предполагают контрольные вопросы по каждой теме.

8

Указания по выполнению внеаудиторных самостоятельных работ

К выполнению внеаудиторных самостоятельных работ (лабораторных или практических) необходимо подготовиться: внимательно прочитать задание, выяснить, к какому разделу это задание относится, и какие законы надо использовать. Кроме описания работы в инструкции, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций.

Приступая к внеаудиторным работам, необходимо:

• получить у преподавателя задание, требуемые для выполнения работы, или инструкции к этим заданиям;

• разобраться в назначении задания и цели выполнения;

• проанализировать условие задания (что дано? что известно?);

• выяснить физический смысл задания (о каких явлениях, фактах, свойствах или состояниях говорится в нем. Какая связь существует между ними?).

Проведение опыта или измерений в домашних условиях

При выполнении внеаудиторных самостоятельных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Особо следует обратить внимание на точность и своевременность отсчетов при измерении нужных физических величин. Например, точность определения расстояния или размеров зависит от погрешности измерительного прибора, а точность измерения времени с помощью секундомера зависит не только от четкого определения положения стрелки, но и в значительной степени - от своевременности включения и выключения часового механизма.

При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.

При обработке результатов измерений:

а) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений;

б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.

Отчеты по практическим и лабораторным работам оформляются согласно требованиям и должны включать в себя следующие пункты:

- номер, название выполняемого задания (решение задачи, лабораторная или практическая работы), его цель;

- используемые приборы, инструменты, средства измерения, материалы и таблицы;

- порядок выполнения лабораторной или практической работы;

- далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы работы, согласно приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод.

При подготовке к сдаче практической или лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.

Если отчет по работе не сдан во время (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за работу снижается.

9

Самостоятельная работа 1

Лабораторная работа по теме

«Определение ускорения свободного падения».

Цель работы: 1).изучить свободное падение тела; 2).определить ускорение свободного падения и сравнить полученный результат с табличным значением.

Приборы и материалы: измерительная линейка, секундомер, бумажный шарик или небольшой деревянный предмет.

Выполнение работы.

1. Измерить высоту, с которой будут падать предметы, и определить время, затраченное на движение этих предметов.

2. Используя формулу для высоты H= υ_o + , вывести расчетную формулу для ускорения свободного падения. Тело падает из состояния покоя, то υo = 0 следовательно = .

3. Все результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Материал предмета

Высота H(м)

Время t(с)

Ускорение (м/с²)

Скорость υ (м/с)

4.По формуле υ = υ_o + t рассчитать скорость тела в момент удара о пол.

5.Вычислить среднее значение ускорения свободного паденияср . по формуле ср = (₁ + ₂)/2. 6.Сравнить полученные результаты с табличным значением ускорения свободного падения т = 9,81 м/с

ε = • 100%

7.Сделать вывод по работе.
8. Ответьте на вопросы:

а). зависит ли ускорение свободного падения тел от их массы? б). при каких условиях падение тела можно считать свободным? в). что влияет на значение ускорения свободного падения?

10

Самостоятельная работа 2

Практическая работа по теме «Изучение движение ж/д состава»

2.1. «Исследование тормозного пути пассажирского поезда по номограмме»

Цель: исследовать тормозной путь пассажирского поезда по номограмме. Закрепить теоретический материал по разделу «Основы торможения». Научиться рассчитывать тормозной путь по номограмме.

Оснащение: Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава ЦТ-ЦВ-

ЦЛ-ВНИИЖТ/277, номограмма, таблица «Время подготовки тормозов»

Методические указания.

Тормозной путь - это расстояние, проходимое поездом от момента установки крана машиниста в тормозное положение до полной остановки поезда или начала отпуска тормозов.

Сила - это всякое воздействие на данное тело, сообщающее ему ускорение или вызывающее его деформацию. Сила - это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел. Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.

За единицу силы в СИ принят ньютон [Н]. Ньютон - это сила, которая придает массе 1 кг в направлении действия этой силы ускорение 1 м/с²: 1Н = 1 . В технических измерениях допускаются единицы силы: 1 кгс (килограмм-сила) = 9,81 Н; 1 тc (тонна-сила) = 9,81·10³ Н.

Силу измеряют посредством динамометров, силоизмерительных машин и прессов, а также нагружением при помощи грузов и гирь.

Определение тормозного пути по номограмме

локомотивной бригадой по таблицам в зависимости от расчетного тормозного коэффициента,

скорости начала торможения и крутизны спуска.

Правила работы по номограмме.

Номограмма - семейство кривых, из которых каждая помечена определенной скоростью. На поле номограммы указывается крутизна спуска в тысячных долях и служит номограмма для графического расчета. Строят номограммы по результатам расчетов тормозных путей при экстренном торможении. В них указываются длины тормозных путей в зависимости от расчетного нажатия колодок на 100 тс веса поезда для различных начальных скоростей и уклонов. Номограммы тормозных путей строятся отдельно для подвижного состава на чугунных и композиционных тормозных колодках. Смысл каждой кривой на номограмме следующий: например, кривая «80» показывает, как меняется тормозной путь грузового груженого поезда, следующего с одной и той же скоростью 80 км/ч при различных нажатиях тормозных колодок, приходящихся на каждые 100 тс состава. Исследуем кривую «80». Допустим, поезд обеспечен нажатием в 30 тс на 100 тс. Необходимо выяснить, какой протяженности тормозной путь этот поезд пройдет со скорости 80 км/ч при выполнении экстренного торможения. Для этой цели из отметки «30тс» на горизонтальной оси поднимаем перпендикуляр до кривой «80», а с этой точки пересечения проводим горизонтальный луч до вертикальной оси и на вертикальной оси читаем ответ: 1500м. Это и есть тормозной путь грузового поезда.

11

Номограмма для определения тормозного пути пассажирского поезда, оборудованного чугунными колодками, на спуске 0,006 (сплошные линии - электропневматическое торможение, штриховые - пневматическое).

Расчётное нажатие тс, приходящееся на 100тс веса состава.

График №1

Таблица 1

12

2.2. Решение задач по теме «Тормозной путь»

Задание.

Для выполнения заданий необходимо использовать инструкцию ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277. Исходные данные в таблице №2.

Задание №1.

Необходимо определить тормозной путь пассажирского состава, следующего по 0,006% уклону со скоростью 100 км/ч, выполняющего экстренное торможение, коэффициент нажатия 60 тс на 100 тм, состав оснащен пневматическим тормозом.

Задание №2.

Необходимо определить коэффициент нажатия пассажирского состава, следующего по 0,006% уклону со скоростью 80 км/ч, выполняющего полное служебное торможение, тормозной путь составил 700м, состав оснащен электропневматическим тормозом.

Задание №3.

Необходимо определить скорость движения пассажирского состава, следующего по 0.006% уклону, выполняющего экстренное торможение с коэффициентом нажатия 50 тс, тормозной путь составляет 600м. Состав оснащен пневматическими тормозами.

Таблица № 2 «Исходные данные»

№

Вид

состава

Величина уклона

Вид торможения

Способ, метод торможения

Коэффициент нажатия в тс на 100^тс

Скорость движения

V, (км/час)

Тормозной путь

S_т (км)

1

пассажирский

0,006%

ПТ

экстренное

60

100

2

пассажирский

0,006%

ЭПТ

ПСТ

80

700

3

пассажирский

0,006%

ПТ

экстренное

50

800

13

2.3. «Расчет тормозного пути».

В проекте необходимо решить тормозную задачу для определения тормозного пути, коэффициента трения при допустимых скоростях движения на различных спусках по условиям безопасности движения поездов. Тормозное нажатие - это сила, с которой тормозные колодки прижимаются к колесу локомотива или вагона. Измеряется в тоннах на ось. Сила трения между колесом и тормозной колодкой зависит от коэффициента трения и величины нажатия: F_тр = F_н · µ, где F_тр - сила трения, F_н - сила нажатия, µ - коэффициент трения.

Коэффициент трения для определённого типа тормозной колодки - величина не постоянная и зависит от скорости движения поезда и удельного давления колодки на колесо. Для того чтобы исключить зависимость коэффициента трения от силы нажатия, при проведении тормозных расчётов используется условно принятое расчётное тормозное нажатие К_P. Коэффициент трения для расчётного нажатия называется расчётным коэффициентом трения φ_KP. По мере снижения скорости поезда коэффициент трения увеличивается. Величины расчётного нажатия для различных типов локомотивов, вагонов и их загрузки, материала колодок приведены в таблицах, величины расчётных коэффициентов трения вычисляются для интервалов скоростей.

Отношение суммарного расчётного нажатия к весу поезда называется расчётным тормозным коэффициентом:

µ_р = , где µ_р - расчётный тормозной коэффициент;
Р_л - вес локомотива, Р_л = m_л·g , m_{л -} масса локомотива, g = 9,8 м/с²
Р_в - вес вагонов поезда, Р_в = m_в·g, m_{в -} масса вагонов поезда , g = 9,8 м/с²

Расчётный тормозной коэффициент характеризует обеспеченность поезда тормозным нажатием. Величина тормозного нажатия на 100 т веса поезда численно равна расчётному тормозному коэффициенту, выраженному в процентах. Поезд должен быть обеспечен тормозным нажатием согласно нормы для его категории.

В расчётах, где учитывается применение экстренного торможения, расчётный тормозной коэффициент принимается равным его полному значению. Если учитывается применение полного служебного торможения, расчётный тормозной коэффициент принимается равным 0,8 его расчётной величины.

Тормозная сила поезда возникает не сразу после поворота рукоятки крана машиниста в тормозное положение. Нужно время на распространение воздушной волны по тормозной магистрали поезда, срабатывание воздухораспределителей, перемещение тормозной рычажной передачи и тормозных колодок к бандажам и на увеличение нажатия колодок до установившейся величины. Причем тормоза вагонов передней части поезда срабатывают быстрее, чем хвостовых вагонов. Для упрощения расчетов принимают, что какое-то время t_п в период подготовки тормозов поезд движется на выбеге, а затем сразу включаются тормоза всего поезда и начинается торможение. В период подготовки тормозов поезд пройдет какой-то путь, зависящий от средней скорости движения и времени подготовки. Скорость движения поезда за время подготовки тормозов снижается при следовании по подъему или горизонтальному пути и возрастает при движении по крутому спуску. В расчетах же условно принимают эту скорость постоянной, равной скорости в начале торможения, а ее изменения компенсируют увеличением времени подготовки тормозов на спусках и уменьшением - на подъемах.

14

Величина пути подготовки тормозов к действию определяется по формуле № 1:

S_п = , где = _н = const, _н - любая выбранная скорость начала торможения, выраженная в «км/ч», (обычно ее принимают равной максимальной скорости электровоза);

t_п - время подготовки (расчетная формула в таблице № 3). Время подготовки тормозов к действию определяется из условия замены медленного, реального процесса наполнения тормозного цилиндра среднего вагона, мгновенным наполнением до полной величины, при условии равенства тормозных путей, проходимых поездом при реальном и условном наполнении тормозных цилиндров.

Таблица № 3 «Время подготовки»

№ п/п

Число осей в составе

Расчетная формула

1.

200 осей и менее

t_п = 7 -

в этих формулах:

i - величина уклона, ‰ для которого рассчитывают S_п (для спусков величина берется с отрицательным знаком «-»); µ_р - расчетный тормозной коэффициент; µ_кр - расчетный коэффициент трения колодки о бандаж, определяемый при выбранной скорости _н

2.

более 200 осей (до 300 осей)

t_п = 10 -

3.

более 300 осей

t_п = 12 -

Расчетное значение коэффициента трения:

а).для стандартных чугунных колодок определяем по формуле 2

µ_кр =

б). для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора по формуле 3

µ_кр =

в). для композиционных колодок по формуле 4

µ_кр =

Расчетный тормозной коэффициент поезда µ_р показывает, сколько тонн нажатия тормозных колодок приходится на одну тонну веса поезда.

Тормозным путем называется расстояние, проходимое поездом за время от момента перевода ручки крана машиниста или стоп-крана (крана экстренного торможения) в тормозное положение до полной остановки. Тормозной путь S_т при расчетах принимают равным сумме подготовительного пути S_п (предтормозного) и действительного пути S_д торможения: S_т = S_п + S_д. Действительный тормозной путь при автостопном торможении определяется так же, как при экстренном торможении, а время подготовки тормозов к действию рассчитывают с учетом дополнительных 12 секунд необходимых для срабатывания ЭПК автостопа.

15

За время прохождения поездом предтормозного пути тормоза в действие еще не пришли, а к концу предтормозного пути происходит мгновенное повышение тормозной силы до максимального значения, т. е. тормозная сила поезда повышается не постепенно, а мгновенно, спустя некоторое время, называемое временем подготовки.

Задание.

1. Определить расчетное значение коэффициента трения по формулам 2,3,4 и время подготовки тормозов к действию по формулам из таблицы №3 для трех уклонов (i = 0, i = - 6, i = -12 ‰).

Написать отчет по работе, составить таблицу по выполнению задания и внести результаты вычислений в эту таблицу.

2. Определить подготовительный тормозной путь для трех уклонов по формуле 1.

2.4. Практическое задание

по теме «Коэффициент трения тормозных колодок»

Сила трения F_тр между колесом и колодкой оказывается в несколько раз меньше силы Fн нажатия колодки на колесо. Отношение µ (φк) в механике называется «коэффициент трения» и обозначается в тормозных расчетах µ_р .
Величины коэффициентов трения определяют опытным путем на специальных стендах или посредством торможения составов из нескольких одинаковых вагонов. Этот сцеп разгоняется локомотивом-толкачом до максимальной скорости, после чего толкач отстает, а поезд тормозится с определенной силой нажатия колодок.

Основными факторами, влияющими на величину коэффициентов трения, являются скорость движения, удельная сила нажатия колодки на колесо и материал колодки. С уменьшением скорости движения коэффициент трения увеличивается. Машинистам это хорошо известно практически: по мере уменьшения скорости ощущается усиление тормозного эффекта (замедление поезда), особенно при чугунных колодках.

С увеличением силы нажатия Fн коэффициент трения снижается, но это не значит, что с ростом Fн сила трения Fтр увеличивается, но не пропорционально Fн.

Пример решения.

При скорости V=70 км/ч и нажатии Fн = 1 тс коэффициент трения чугунной колодки µ_р (φк) = 0.146. Значит, сила трения колодки Fтр = µ_р ·Fн = 0.146 тс. При увеличении силы нажатия в два раза. т. е. Fн =2 тс. при той же скорости 70 км/ч коэффициент трения оказывается меньше: µ_р = 0.115. Сила же трения составит Fтр = 0.230 тс., т. е. увеличилась, но не в два раза, а только в 1,57 раз. При увеличении силы нажатия в пять раз (Fн = 5тс) коэффициент трения при той же скорости V=70 км/ч оказывается всего µ_р = 0.09. а сила трения Fтр = 0.450 тс., т. е. увеличивается, но всего в 3 раза.

16

График № 3

График № 3. Зависимость действительного коэффициента трения колодок от величины действительного нажатия на колодку и скорости.

Задание.

Используя график № 3 определите силу трения при скорости 80км/час и 100км/час , при различной силе нажатия. Выполнить перевод единиц измерения силы трения в систему СИ. Результаты вычислений занесите в таблицу:

№ п/п

Колодки

Скорость

V (км/час)

Сила нажатия

Fн (тс)

Коэффициент трения µ_р

Сила трения

F_тр (тс)

F_тр (Н)

1.

Чугунные

80

2.

3.

100

4.

5.

Композицион-ные

80

6.

7.

100

8.

17

Самостоятельная работа 3

Движение железнодорожного состава.

Задание: дополните предложения в рассказе, используя физические термины: сила трения, сила тяжести, сила реакции, сила давления, сила упругости, дуга окружности, по радиусу, к центру, сила сопротивления, инерция, законы Ньютона (первый, второй), ускорение центростремительное, окружность.

При движении железнодорожного состава по прямолинейному участку пути с постоянной скоростью на любой вагон действует сила , но она уравновешивается направленной вверх силой рельсов. Сила тяги локомотива уравновешивает силу _____ , которая возникает между колесной парой и рельсами. Но вот состав дошел до закругления пути. В этом месте он повернет и начнет двигаться по (рис1.).

рис.1 рис.2 рис.3

Какая же сила заставляет состав изменять направление его скорости и двигаться с ускорением? Этой силой является _____________ , действующая на колеса вагона со стороны рельса. Колеса железнодорожных вагонов имеют реборду, соприкасающуюся с рельсами не сверху, а сбоку (рис.2). Пока вагон движется по прямолинейному участку пути, реборда особой роли не играет и деформируется лишь та часть колеса, которая прилегает к рельсу сверху. Пройдя точку А (рис.3), колесо, продолжая свое движение в прежнем направлении, действует на рельс ребордой и деформирует ее сбоку - рельс выгибается наружу. При этом возникает сила________, направленная перпендикулярно боковой поверхности рельса. Эта сила и заставляет вагон двигаться по______________. Если бы колеса вагона не имели реборд, такая сила не могла бы возникнуть, и вагон непременно сошел бы с рельсов. Ускорение вагона, движущегося по закруглению, направлено по радиусу к__________и называется _______________ . Сила, действующая на реборду со стороны деформированного рельса и вызывающая это ускорение, определяется по закону Ньютона. Для уменьшения износа рельсов и реборд необходимо уменьшить силу___________ между ними, т.е. уменьшить силу________ рельса на реборду. Для этого полотно железной дороги на закруглениях делают слегка наклонным в сторону центра закругления (рис.4). В этом случае сила______ рельсов не уравновешивает силу _______ . Их равнодействующая направлена приблизительно к центру поворота. В этом случае центростремительное ускорение вагону сообщают две силы. После выключения двигателя (прекращения действия силы ) поезд некоторое время движется по _________, а затем останавливается. Согласно ___________ закону Ньютона на состав действует сила, направленная в сторону, противоположную скорости движения. Эта сила ______, которая сложным образом «рассредоточена» по различным частям транспортного средства: это трение колес о рельсы, трение в осях, в передающем механизме. Силу, объединяющую все эти виды трения, называют силой сопротивления качению экипажей. Для упрощения расчетов, связанных с движением транспортных машин, на практике вводят величину, называемую коэффициентом сопротивления качению экипажа. Физический смысл такой же, как и коэффициента трения скольжения: она показывает, какую часть составляет сила ______от силы __________опоры. Для железнодорожных составов коэффициент сопротивления составляет 0,002 - 0,008.

18

Самостоятельная работа 4

Лабораторная работа по теме «Расчет механической мощности». Цель работы: выяснить, одинаковую ли мощность развивает человек при медленной и быстрой ходьбе; сравнить полученные результаты с технической единицей мощности.

Оборудование: рулетка, секундомер, напольные весы.

Выполнение работы.

1.Рассчитать мощность, которую развивает человек при быстрой и медленной ходьбе. Для расчетов необходимо знать массу своего тела, расстояние и время, затраченное на ходьбу. При вычислении используется формула N = A/t , где A - работа, t -время, A = Fт·S , Fт = m·g , g = 9,8 м/с²

2. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

Способ ходьбы

Масса m(кг)

Сила тяжести

Fт (Н)

Расстояние

S (м)

Время

t (с)

Мощность

N(Вт)

Мощность

N(л.с.)

1. медленно

2. быстро

3.Сделать вывод по работе.

Примечание. Человек - существо многогранное: человек покорил все высочайшие горные вершины мира, опустился в самые глубокие точки мирового океана, покорил небо, побывал на Луне, расщепил ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что мы представляем из себя, что мы можем сделать и какими возможностями, ресурсами мы с вами обладаем? В организме человека насчитывается около 600 различных мышц. Если бы все мышцы человека напряглись, они бы вызвали силу давления, равную примерно 250кН. Самые сильные мышцы у человека те, что расположены по обе стороны рта и отвечают за сжатие челюстей. Согласно исследованиям французских невропатологов, у плачущего человека задействованы 43 мышцы лица, в то время как у смеющегося - всего 17. Оказывается, что 60% кислорода, поступающего в организм человека, потребляют именно мышцы

Старинные единицы мощности.

«Лошадиная сила - мерило --- сила, вчетверо превышающая силу здоровой, крепкой лошади. В Англии применяется единица «Английская паровая лошадь». В. Даль

«Мощность, развиваемая человеком».

№ п/п

Вид деятельности

Мощность N(Вт)

1

Прыжок с места

1500

2

Рывок при поднятии тяжести

3300

3

Велосипедные гонки

1500

Задание.

1.Какую работу совершает человек, если ежесекундно поднимая свое тело на 20 ступеней (высота одной ступени 20см)? Может ли при этом человек проявить мощность в одну «лошадиную» силу? Расчеты выполните для своей массы тела. 1л.с. = 735,499Вт, 1ккал/ч = 1,163Вт.

19

Самостоятельная работа 5

Тест на соответствие.

Из предложенных терминов, используя их нумерацию, заполните таблицу:

Понятие

Свойство

Явление

Величина

Единица измерения

Прибор, устройство

1). Скорость, 2).механическое движение, 3).путь, 4).секунда, 5).сила, 6).масса, 7).время, 8).энергия, 9).траектория, 10).скоростемер, 11).инерция, 12).ватт, 13).ньютон, 14).метр, 15).динамометр, 16).инертность, 17).часы, 18).импульс, 19).спидометр, 20). перемещение, 21). джоуль, 22).мощность, 23).килограмм, 24).ускорение, 25).тело отсчета, 26).трение, 27).весы, 28). механическая работа, 29). система отсчета, 30).упругость.

Оценка задания: за каждый правильный ответ 0,5балла, итого 15баллов.

«5» - 14-15б, «4» - 11-13б, «3» - 8-10б

20