Perché le scale mobili non rallentano quando le persone salgono?

Io e il mio amico ne abbiamo discusso in precedenza: perché le scale mobili non rallentano quando le persone salgono? Non ci interessano i computer fantasiosi che potrebbero regolare la loro velocità per il flusso di capacità / traffico, ci stavamo semplicemente chiedendo quale fosse la scala mobile più semplice possibile.

Quindi i nostri pensieri erano: se una scala mobile corre a velocità costante, e quindi una sola persona (o più persone) vi sta sopra, ovviamente sta facendo più lavoro per sollevare quella massa. La velocità della scala mobile dovrebbe diminuire? Se qualcosa impedisce alla velocità di cambiare, significa che la coppia del motore cambia? Oppure assorbe semplicemente più potenza ma mantiene la stessa coppia? Ci manca qualcosa di ovvio?

La velocità della scala mobile dovrebbe diminuire?

Sarebbe un comportamento indesiderabile. Un team di ingegneri competenti non permetterebbe che ciò accada.

Se qualcosa impedisce alla velocità di cambiare, significa che la coppia del motore cambia?

I passaggi formano una catena. Il peso sui gradini viene trasmesso lungo la catena al pignone che mantiene la catena in movimento. Qualsiasi variazione di peso sui gradini equivale a una variazione di coppia sull'albero di trasmissione del pignone. E quella coppia deve essere trasmessa attraverso una trasmissione all'albero motore.

O semplicemente ... mantiene la stessa coppia?

Non avrebbe senso. Vedi sopra.

Ci manca qualcosa di ovvio?

No, non la penso così. Il sistema è progettato per mantenere il motore in funzione a una velocità costante. Per alcuni tipi di motore, ciò può essere ottenuto semplicemente collegando il motore a un alimentatore a tensione costante. Per altri tipi di motore, potrebbe esserci un controller che controlla la velocità e regola la tensione di conseguenza. Le variazioni di peso equivalgono alle variazioni di coppia che causano variazioni nella quantità di corrente elettrica (e quindi nella quantità di energia elettrica) assorbita dal motore.

La risposta del sistema che descrivi dipende ovviamente dalla costruzione. Anche se non permettiamo "computer fantasiosi", i controller RPM meccanici sono in circolazione dall'era del vapore.

Come primo esempio possiamo supporre di avere una scala mobile semplice che è alimentata da un motore con un controller RPM . Questo motore avrà probabilmente una coppia massima. La coppia effettiva esercitata dal motore dipende dal carico e la diminuzione del regime motore (ovvero la velocità dell'elevatore) che ci si aspetta si verificherà solo se il carico è maggiore della coppia massima del motore al regime impostato.

Qui, la coppia esercitata - e nei casi normali, l'energia consumata - del motore aumenterà all'aumentare dei carichi, ma la velocità sarà costante (fino a quando il carico non sarà maggiore della coppia massima).

In un secondo esempio possiamo supporre che un motore funzioni con un flusso di energia costante (ad es. Una valvola a gas) e nessun controller RPM . In questo sistema l'aumento del carico comporterà direttamente una diminuzione della velocità della scala mobile - il lavoro svolto dal sistema dipende dall'afflusso di energia al motore e, poiché abbiamo affermato che si tratta di una costante, anche il lavoro deve essere costante. Con più peso aggiunto, la velocità di sollevamento deve essere ridotta.

Dipende da come funziona la tua scala mobile.

Sembra che tu voglia la cosa più semplice possibile, e mi sembra che la cosa più semplice sia una scala mobile il cui meccanismo può applicare solo una singola, costante forza / coppia (dico forza / coppia perché non siamo precisi su ciò che è facendo effettivamente muovere la scala mobile. D'ora in poi dirò solo forza.).

Consideriamo prima che qualcuno salga sulla scala mobile. Fornisce una forza sufficiente per spostare la massa delle parti della scala mobile e per resistere agli attriti interni presenti (che per la nostra discussione assumeremo essere forze di attrito costanti che non dipendono dalla velocità della scala mobile. Avere attrito dipendente dalla velocità potrebbe cambiare alcune cose, ma mi lascerò a pensarci). Supponiamo che a questo punto le scale si muovano a velocità costante.

Ora qualcuno calpesta. Se vogliamo mantenere una velocità costante sulla scala mobile, la cosa che fornisce la nostra forza dovrebbe aumentare la sua "forza" per contrastare la nuova "resistenza" causata dalla persona che calpesta. Deve essere in grado di sollevare le scale, combattere l'attrito e ora anche sollevare la persona. Poiché la nostra forza fornita è costante, non può farlo. Pertanto la scala mobile inizierebbe effettivamente a rallentare, e alla fine inizierebbe a muoversi all'indietro se la persona non scende in tempo (questo potrebbe cambiare con una forza di attrito dipendente dalla velocità). Ciò sarebbe analogo a me sollevare la mia mano a una velocità costante, e poi qualcuno mi mette una massa nella mano mentre fornisco la stessa forza verso l'alto alla mia mano. La forza netta sulla massa sarà verso il basso, quindi avrà un'accelerazione verso il basso.

Se qualcosa impedisce alla velocità di cambiare, significa che la coppia del motore cambia? Oppure assorbe semplicemente più potenza ma mantiene la stessa coppia?

Quindi supponiamo che la nostra scala mobile possa regolare di conseguenza la sua forza / coppia applicata per mantenere la scala mobile in movimento a un ritmo costante. Quindi sì, la forza dovrebbe aumentare per mantenere le persone che si muovono a un ritmo costante. Proprio come se qualcuno mettesse quella massa sulla mia mano, dovrò spingere più forte per mantenere la mia mano (e massa) a una velocità costante. Questo significa anche che è necessaria più potenza. Se vogliamo che la scala mobile si muova a un ritmo costante, ma sta facendo più lavoro per sollevare le persone, allora sta facendo più lavoro nello stesso lasso di tempo. Pertanto, il tasso di dispendio energetico aumenta, vale a dire che è necessario fornire più energia.

Pertanto, per rispondere al titolo della domanda, le scale mobili non rallentano perché sono progettate per essere in grado di ruotare i gradini a una velocità costante regolando la forza / coppia fornita.