동역학 텀프로젝트

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본문내용

일반적인 자전거의 치수, 질량 및 질량중심을 측정하라. 배꼽에 질량중심이 있도록 자전거를 타고 있다고 가정하라. 바퀴와 지면 사이의 동마찰계수를 구하라.
구한 데이터를 참조하여,
(a) 뒤쪽 브레이크를 사용할 때 (b) 앞쪽 브레이크를 사용할 때 (c) 양쪽 브레이크를 동시에 사용할 때 넘어질 가능성을 계산하라. 좌석의 높이가 이 결과에 미치는 영향을 검토하라. 자전거 설계상의 개선점을 제시하라. 이 해석에 근거하여 자전거 타기의 안전성에 대한 보고서를 작성하라.

질량중심 구하기 : 사람의 무게중심 배꼽과 자전거의 무게 중심 위치를 구하고 두 바퀴의 접촉점에서 모멘트의 합이 제로라고 하고 중심의 위치를 구한다.
바퀴와 지면 사이의 동마찰계수는 노면에 따라서 다르다.
브레이크를 작동시키는 바퀴에 걸리는 하중과 마찰계수의 곱은 마찰력이다.
마찰력 곱하기 제동거리는 운동에너지와 동일한데 이 식들을 풀면 평균마찰계수를 구할수 있다.

a) 뒤쪽 브레이크를 사용할 때 넘어질 가능성
자전거를 타고 있다고 가정.
자전거의 바퀴는 회전운동을 한다.
뒤쪽 브레이크를 사용할 경우,
뒷바퀴에 운동방향의 반대방향으로 마찰력F가 작용할 것이다.
마찰력으로 인해 자전거의 속도가 감소할 때 질량중심을 축으로 회전 모멘트가 발생한다.
그 방향은 시계방향이다. 항상 앞바퀴에서 수직항력이 작용하기 때문에 앞바퀴에서는 반력으로 반시계방향으로 역 모멘트가 발생, 결국 앞바퀴에 하중이 더 실리게 되고 수직 방향의 힘의합이 ‘0’이 될 것이다.
자전거의 속도가 빠를 경우 질량중심의 유효력(ma)로 인해 뒷바퀴는 미끄럼 운동(병진운동)을 할 것이다. 따라서 넘어질 가능성은 적어진다.

b) 앞쪽 브레이크를 사용할 때 넘어질 가능성
앞쪽 브레이크를 사용할 경우, 앞바퀴에 마찰력이 작용한다.
그렇다면 질량중심을 축으로 회전을 할 것이다.

참고 자료

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