Баланс ДВС противовесом и центробежная сила

[bejevii cetron]

Добрый день.
Почему шатун с поршнем в ВМТ расположены на 180 градусов к противовесу и при объяснении баланса двигателя говорят, что силы направлены в противоположные стороны? По теории движения тела по окружности не должно быть как на правой части картинки, тело стремится двигаться по прямой (касательной к окружности) и в таком положении баланс сил был бы действительно уравновешенным? (Вращение по часовой стрелке).Спасибо.

[sergey zhukov]

bejevii cetron
Куда направлена сила, которая заставляет тело двигаться по окружности?

[bejevii cetron]

К оси?

[sergey zhukov]

bejevii cetron
У вот все и разьяснилось.

[bejevii cetron]

Да не. На сколько я понял всё вот как обстоит. Поршень движется вверх с большой скоростью, но в ВМТ должен резко остановиться и поменять направление. Но так как инерция движения вверх высока, то не может быть скомпенсирована только кривошипом и поршень как бы дёргает вверх всю конструкцию. Поэтому в некоторых конструкциях добавляют противовес на кривошип. Масса которого по инерции движется вниз (на картинке) и уравновешивает дерганья от поршня.

[bejevii cetron]

sergey zhukov в сообщении #1659760 писал(а):

bejevii cetron
Куда направлена сила, которая заставляет тело двигаться по окружности?

Добрый день.
Вот что подразумевалось в вопросе.
Кажется, что инженеры ДВС рассматривают центробежную силу в инерциальной системе отчёта, то есть непосредственно ими наблюдаемую и измеряемую. Иначе и не понятно зачем переходить в неинерциальную систему отчёта и описывать работу конструкции "с точки зрения" её вращающихся частей. Или, можно добавить, а как же описывалась бы работа ДВС в инерциальной системе?

Ещё не понятно почему фиктивная сила инерции при вращении направлена от оси.
Вот, Вы, пишите правило физики - потому что сила инерции направлена против действия силы. Но тело стремится двигаться по касательной к окружности и кажется логичным, что сила инерции должна быть направлена по этой траектории. Например, к оси прикреплён стержень к стержню металлический шар, система вращается; если резко остановить ось, то инерция шара будет направлена по касательной к окружности? и даже стержень может изогнуться в этом направлении при недостаточной прочности (а не растянуться) при наблюдении из любой из систем?
Вот и не понимаю тело стремится двигаться по касательной, а фиктивная сила инерции направлена от оси ....

[EUgeneUS]

bejevii cetron в сообщении #1661303 писал(а):

центробежную силу в инерциальной системе отчёта,

Никакой центробежной силы в инерциальной системе отсчета не бывает.

[Dedekind]

bejevii cetron в сообщении #1661303 писал(а):

Но тело стремится двигаться по касательной к окружности и кажется логичным, что сила инерции должна быть направлена по этой траектории.

Это было бы логичным, если бы и сила, которая заставляет тело двигаться по окружности, также была бы направлена по касательной. Но нет, она направлена к центру (потому и называется центростремительной). Соответственно, сила инерции, которая ей противоположна в неинерциальной системе - направлена от центра.

[sergey zhukov]

bejevii cetron
Когда тело движется по окружности, есть вполне реальная сила, которая заставляет его так двигаться. Если это шарик на веревочке, то эта сила - натяжение веревочки. Натяжение веревочки может быть направлено только вдоль веревочки, и никак иначе. Вот так и описывается движение по окружности в инерциальной системе отсчета. И никакие фиктивные силы вроде центробежной в этой ИСО приплетать не нужно.

Если сила направлена вдоль скорости движения тела, то происходит изменение модуля скорости, но не ее направления (тело движется по прямой с замедлением или ускорением). Если же сила направления поперек скорости тела, то происходит изменение направления вектора скорости, но его модуль остается постоянным (тело движется по кривой с постоянной по модулю скоростью).

Если тело стремится двигаться по касательной, а движется при этом по кругу, то что-то постоянно "толкает его вбок", чтобы оно сворачивало с касательной. Если же попытаться его резко остановить, то разумеется, придется приложить силу вдоль касательной. Но если оно движется по окружности с постоянной по модулю скоростью, и никто его резко не тормозит, то остается только сила, перпендикулярная скорости.

И вообще: тело при движении по окружности сохраняет свою кинетическую энергию, хотя сила на него постоянно действует. Почему? Потому, что сила в данном случае всегда перпендикулярна перемещению, и ее работа равна нулю.

[rascas]

bejevii cetron в сообщении #1661303 писал(а):

Кажется, что инженеры ДВС рассматривают центробежную силу в инерциальной системе отчёта, то есть непосредственно ими наблюдаемую и измеряемую.

bejevii cetron, рассмотрите, подумайте, над такой задачей:
Предполагаем, пока, что шатуны и коленчатый вал ДВС не имеют массы.
А поршни этого ДВС имеют массу.

Предположим, что ДВС жёстко закреплён на фундаменте. Определите какая переменная сила (вибрация) действует на крепления двигателя к фундаменту?

[bejevii cetron]

Интересно, по теории движения по окружности.
А если вращение с угловым ускорением (тангенциальным). На оси стержень на стержне шар. Если шар начинает вращаться с угловым ускорением, то у него будет инерция покоя направлена по касательной против вращения? Одновременно будет инерция от оси (фиктивная центробежная сила)? Как бы одна и та же масса шара будет участвовать в двух силах инерции (как бы двойная масса не получается)?
А ещё странный, но пример, если поместить вращающийся шар на стержне в воду, то очевидно, чтобы вращение было равномерным нужна сила не только направленная к оси, но и перпендикулярная радиусу сила поддерживающая скорость вращения; тут уже будут другие уравнения для движения по окружности? Или тоже считается, что при достижении постоянной скорости силы уравновешенны и всё как обычно?

Цитата:

рассмотрите, подумайте, над такой задачей:
Предполагаем, пока, что шатуны и коленчатый вал ДВС не имеют массы.
А поршни этого ДВС имеют массу.

Предположим, что ДВС жёстко закреплён на фундаменте. Определите какая переменная сила (вибрация) действует на крепления двигателя к фундаменту?

Кажется, сила так и будет рассчитываться - масса поршня умноженная на ускорение и будет действовать на фундамент с частотой в два раза больше оборотов (будет действовать в ВМТ и НМТ). Да?

[rascas]

bejevii cetron в сообщении #1661388 писал(а):

Кажется, сила так и будет рассчитываться - масса поршня умноженная на ускорение и будет действовать на фундамент с частотой в два раза больше оборотов (будет действовать в ВМТ и НМТ). Да?

Да. Если мы рассматриваем двигатель с одним поршнем.
Зависимость этой переменной силы от времени будет отдалённо напоминать синусоиду. И частота этой "синусоиды" равна частоте вращения коленчатого вала двигателя.
И важный момент - эта сила, действующая на крепления двигателя, направлена вертикально, вдоль цилиндра (либо вверх, либо вниз, горизонтальных составляющих этой силы нет).

Следующий вопрос.
Предполагаем теперь, что поршень и шатун не имеют массы, а коленчатый вал имеет несбалансированную массу.
Какая переменная сила действует на крепления двигателя к фундаменту в этом случае?

[bejevii cetron]

Цитата:

Следующий вопрос.

Огласите весь список, пожалуйста (желательно с ответами ).
Ваш второй вопрос, кажется, относится ко вторичному балансу двигателя. И смотря как не сбалансирован коленвал он может стремиться как и развернуть двигатель вокруг вертикальной оси, так и раскачивать в стороны, вверх и вниз.

Хочу напомнить, часть моего вопроса: очень похоже, что инженеры рассчитывая баланс ДВС считают центробежной силой вполне реальной. Иначе и непонятно как фиктивная сила может противодействовать реальным дёрганьям. И как будет выглядеть описание работы ДВС с реальными силами в инерциальной системе.

[rascas]

bejevii cetron в сообщении #1661430 писал(а):

как не сбалансирован коленвал

Предположим, что сначала вал был сбалансирован и на нём были установлены два одинаковых противовеса (с обоих сторон шатунной шейки).
Потом мы эти противовесы сняли. И у коленчатого вала появился дисбаланс.
(Вал со снятыми противовесами, будет сбалансирован относительно оси, которая параллельна оси, проходящей через коренные шейки.)
(Рассматриваем пока одноцилиндровый двигатель, и у коленчатого вала одна шатунная шейка и две коренных)

rascas в сообщении #1661392 писал(а):

Следующий вопрос.
Предполагаем теперь, что поршень и шатун не имеют массы, а коленчатый вал имеет несбалансированную массу.
Какая переменная сила действует на крепления двигателя к фундаменту в этом случае?

Этот вопрос аналогичен вопросу:
Вы раскрутили грузик на нитке. Какая сила действует на Вашу руку, когда грузик вращается на нитке?

[bejevii cetron]

Цитата:

Этот вопрос аналогичен вопросу:
Вы раскрутили грузик на нитке. Какая сила действует на Вашу руку, когда грузик вращается на нитке?

Центробежная сила действует на нить, а натяжение нити действует на руку?