玩具汽车为何能爬墙 有着怎样的力学知识?

在地球上引力场中,全部物件都遭受竖直往下的重力功效,小玩具小车都不列外。 小车能紧贴墙面不降落是借助气旋的负压吸咐功效。开启小车的机壳,除开遥控车玩具务必具有的驱动器转动轴和转为轮的小电机、减速器之外,提升了一只输出功率更大的电动机。它推动一只轴流式风机,不断地抽取车里底端的气体导致负压。小车的腹腔紧靠墙面,周边稍凸起排成一个封闭式的负压区。两边的纸版密封胶条提升了气旋的密闭性,产生一个玻璃吸盘紧紧将汽车粘附在墙面上。

负压造成的吸力是沿墙面法线的水平方向,不太可能均衡沿竖直方位的重力。 具体对重力的匹敌来源于小车车轱辘与墙面中间的摩擦力F。吸力仅仅起了造成磨擦所务必的侧面正压力Fn 的功效。

设玻璃吸盘的均值负压为△p,即自然环境标准气压 p0 与玻璃吸盘内标准气压 p 之差。如玻璃吸盘区的总面积为S,造成的吸力为Fa = △pS。依据库伦定律,摩擦力 Ff 受车轱辘与墙面的静摩擦因数 m 的限定,即Ff < mFa。要使摩擦力能均衡品质为 m 的小车,令Ff = mg,负压△p 务必考虑△p > mg/(mS)。如m = 0.4,m = 54 g,S = 16 cm2,算出负压的极小值约为820N/m2,折合0.810 6 kPa。用拉力计钩住被墙面吸咐的小车开展评测,测到的较大摩擦力为1.72 N (提升纸版密封胶条后扩大为1.82 N),远远地超出小车的净重0.53 N。汽车内的具体负压值约为3.04 kPa,远高于最少控制值。

若小车在吊顶天花板上爬取,就不用摩擦力参加均衡。小车的重力被竖直往上的吸力立即均衡。 需考虑的平衡条件为Fa > mg,即△p > mg=S。规定负压的极小值约为330 N /m2。 与攀爬情况较为,对负压的规定显著降低。由此可见小车在吊顶天花板上倒立起来行车看上去十分惊险刺激,事实上却比攀爬更非常容易完成。

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