Forta centrifuga - aplicatii practice

Efectul giroscopic al rotilor de bicicleta nu e mai neglijabil decat forta centrifuga care actioneaza asupra bicicletei. Cum axul rotilor e in legatura rigida cu intreaga bicicleta atunci poti sa realizezi ca o viteza crescuta a acestora stabilizeaza intreaga bicicleta.

Mai mult decat atat, singur ai spus ca traiectoria bicicletei e un arc de cerc imens, ceea ce se traduce printr-un forta centrifuga infima, deci care poate fi neglijata. Stabilitatea bicicletei e data in principal de efectul giroscopic!

 accelerator, on 3rd November 2010, 22:17, said:

Eu zic sa ne uitam mai cu atentie la efectul giroscopic. Momentul cinetic al rotatiei rotii are directie orizontala, perpendiculara pe planul bicicletei. Momentul de dezechilibrare este dat de greutatea usor excentrica fata de segmentul de dreapta format de punctele de contact ale rotilor (de fapt e un fel de dretunghi foarte efilat, insa pentru simplitate il putem considera segment): dezechilibrarea tinde sa roteasca bicicleta in jurul acestui segment, deci directia momentului de dezechilibrare e in lungul acestei axe, inclusa in planul bicicletei. Efectul unui moment de torsiune perpendicular pe momentul cinetic este precesia in jurul unei axe perpendiculare pe amandoua directiile precedente (in cazul rotii din fata, acest efect s-ar traduce in tendinta ghidonului de a se roti in jurul unei axe verticale; roata din spate e solidara cu restul bicicletei si nu prea are cum sa reactioneze). Evident, acest efect nu poate stabiliza bicicleta fata de rotatia in jurul segmentului de contact cu solul produsa de dezechilibrare.

Quote

Pacat de semnul de exclamare care nu are legatura cu realitatea. Sa consideram un sistem bicicleta + biciclist de masa M = 80 kg cu centrul de greutate aflat la o distanta h ~ 1 m de sol si care se deplaseaza cu v = 10 m/s (niste valori uzuale). La o deviatie in lateral de 2 cm la 5 m parcursi (rezonabila, zic eu) ii corespunde o raza de curbura de aproximativ R = 5² / 2* 0,02 = 625 m. Forta centrifuga este de ordinul F_cf = M v²/R ~ 12,8 N si poate da un moment de stabilizare F_cf*h ~ 12,8 N*m . Forta de destabilizare este greutatea G = Mg ~ 800 N care are un brat al fortei de ordinul a b = 1 cm, de unde rezulta un moment de destabilizare G*b ~ 8 N*m, de acelasi ordin de marime cu cel de stabilizare dat de forta centrifuga. Deci F_cf este perfect suficienta pentru a stabiliza mersul pe bicicleta.

Edited by mdionis, 04 November 2010 - 00:45.

Ai scris bine ce ai scris pana la un anumit punct. In cazul greutatii G=Mg~800N nu bratul de 1cm (e tot 1 m fiindca actioneaza asupra centrului de greutate) pe care nu stiu cum l-ai scos da marimea momentului fortei mai mica de circa 8 N*m ci forta G care se compune dupa unghiul de dezechilibru, doar componenta perpendiculara mult mai mica decat cea paralela da cuplu.

 accelerator, on 4th November 2010, 14:39, said:

Vezi figura.
 bici.gif   3.19K   15 downloads
B este centrul de greutate al sistemului biciclist+bicicleta aflat la inaltimea h ~ 1 m, bratul lui G este dat de distanta b = SP intre punctul de contact cu solul S si proiectia P a centrului de greutate pe sol. 1 cm este un ordin de marime plauzibil al deviatiilor fata de verticala ale lui B la mersul pe bicicleta.

Quote

E exact acelasi lucru. Ca scrii b = h*sin (PBS) sau ca scrii G_transv. = G*sin (PBS)  (componenta lui G perpendiculara pe BS), rezultatul pentru momentul lui G in jurul axei perpendiculare pe planul figurii ce trece prin S este G*b = G*h*sin (PBS) = h*G*sin (PBS) = G_transv.*h, end of story. Venind de la dumneata, o astfel de observatie critica ma uimeste, poate graba extrema sa o explice...

Edited by mdionis, 04 November 2010 - 16:36.

Am sa intervin si eu ca rabinul: aveti amandoi dreptate, in miscarea bicicletei sunt importante atat efectul giroscopic al rotii din fata cat si forta centrifuga.
Lumea s-a ocupat de dinamica bicicletei de multa vreme si discutia e destul de complicata. Referinte de baza puteti gasi in pagina:

http://ruina.tam.cor...pers.php#papers

iar la

http://ruina.tam.cor...older/index.htm

este un programel dragut, bine realizat si complex (Matlab).

dovada ca efectul giroscopic e neglijabil este ca si trotinetele, cu roti mult mai mici si mai usoare - daca au geometria furcii corecta, au aceasi stabilitate. Sau bicicletele cu roti ultrausoare, de competitie.

alta dovada e ca daca se schimba geometria corecta a bicicletei, bicicleta devine foarte greu de condus si in nici un caz nu mai poate fi condusa fara maini - caci devine inerent instabila dinamic chiar daca se invart rotile. Daca efectul giroscopic ar avea relevanta, stabilitatea s-ar manifesta indiferent de geometria furcii si a rotilor.

PS o bicicleta fara controlul ghidonului se poate misca si in zig-zag, nu numai in semicerc. Asta se intampla cand apare o dezechilibrare puternica in mers, vedeti filmul de aici: http://www.andrew.cm...ility_video.htm

Edited by blimpyway, 07 November 2010 - 01:32.

Nava cilindrica, lumea inelara

Salutare, am si eu o intrebare pentru voi, daca tot suntem la forta centrifuga.
Mergeam zilele astea cu cativa prieteni cu masina si sa pornit o discutie intre mine si unul din ei.
Deci, eram cu masina si am facut un sens giratoriu mic, de vreo maxim 10 metri in diametru, iar cand inca ne aflam in sensul giratoriu prietena din spate stanga a deschis usa si apoi a inchis-o. Discutia a fost datorita carei forte a reusit prietena sa inchida usa mai usor?
Vreau o parere si o lamurire apoi!
Stiu, stiu, am discutii tare ciudate cateodata cu prietenii! ))

 ar85dan, on 22nd November 2010, 22:29, said:

Ti-as spune, dar mi-e ca data viitoare o sa ne intrebi datorita carei forte ati iesit din sensul giratoriu cind ati coborit din masina.

Lasa-te de experimente.