Energi
Kraft
Friksjon
Rullemotstand
Ondreiningsakse
Obs: Mellom aksel og navn kan det være like stor friksjon som mellom hjul og bakke når vi trekker kjerra langs bakken med låste hjul. Hvorfor er det en fordel med hjul?
Ytre og indre kraft E01
Som så ofte i livet E18
Rulling på stor og liten aksel E19
Fysikk på roterommet::
Friksjon s 81
Passende hjulsett med åpent hull belagt med sandpapir
Aksel til å skyve med
Malte striper på hjulet så man ser hva som er loddrett
Sandpapir på bordet for å hindre glidning
Hjulradien er 10 ganger større enn radien av hullet i navet.
Friksjonsfaktoren er 0,7 både mellom aksel og nav og mellom hjul og bakke.
Hjulet og bakken er så stive legemer at vi kan se bort fra rullemotstand.
Når kjerra triller normalt, er friksjonen mellom bakken og hjulet stor nok til å hindre at hjulet glir.
Energibetraktning
Siden hjulomkretsen er 10 ganger lengre enn om-kretsen av navhullet, går kjerra 10 ganger lengre langs bakken enn akselen glir langs navhullet. Arbeidet blir 10 ganger mindre enn om vi hadde trukket lasten langs bakken. Dette er en god første tilnærming, men det er ikke helt riktig, bl a fordi normalkrafta mellom aksel og hjul ikke er den samme som mellom hjul og bakke..
Kraftbetraktning
Vår første innskytelse er kanskje at når friksjonen er den samme, så må vi skyve eller trekke med samme kraft enten hjula er låst eller ikke. Det er et paradoks.Når vogna står i ro hjulhullet. ???
Sånn er det ikke. Det er friksjon mellom aksel og navhull. Friksjonen skyver ville forskyve seg forover i forhold til hjulet og klemme mot forkanten av ???
Sammenlikn dette med forsøket med trehjulssykkelen (E01). Når pedalen står i nederste stilling og vi trekker i den med en snor, går pedalen forover, men i forhold til loddlinjen fra hjulsentret går den bakover. Hjulet går lengre enn pedalen.
Sånn også med akselen i kjerrehjulet. Den blir hengende etter, og når kjerra er i bevegelse med konstant fart, er det en betydelig vinkel mellom linjene fra hjulsentret loddrett ned til bakken og fra hjul-senteret til berøringsaksen mellom hjul og aksel. Med de tallene vi har valgt, viser det seg at denne vinkelen blir nesten 60°. Vi trekker kjerra med en horisontal kraft, mens friksjonen nå står på skrå, og det er derfor bare en komponent av friksjonen vi må overvinne. Normalkrafta mellom aksel og kjerrehjul blir nå en hjulet framover, det begynner å gå rundt før akselen begynner å gli langs hullet. Derfor går hjulet et lengre stykke forover enn akselen gjør., hviler akselen på navet. Når vi så trekker akselen forover, trodde jeg i første omgang at akselen komponent av tyngden pluss en komponent av den krafta vi trekker med. Til sammen blir dette mindre enn tyngden av kjerra, og derfor blir også friksjonen litt mindre enn om vi drar kjerra med låste hjul. Man kan regne ut at med våre talleksempler for hjulradier og friksjonsfaktor blir den krafta vi må trekke med:
F = 0,04 G, der G er tyngden av kjerra, mens arbeidet A med frittløpende hjul er
A = F s = 0,04 G s, der s er veien.
Med låste hjul hadde arbeidet vært: