Outo kiihtyvyys.

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Terve vaan kaikille näin ensi alkuun!
Mieltäni on tässä askarruttanut jo pidemmän aikaa eräs fysikaalinen ongelma liittyen rengasvetoisiin kiihdytysmoottoripyöriin. Jos näin ensi alkuun selostaisin tilannetta:

Moottoripyörää eteenpäin liikuttava voimahan johtuu lepokitkasta renkaan ja tienpinnan välillä, ja jos ei oteta huomioon muita liikevastuksia niin päädytään yhtälöön F=ma, jossa F on lepokitka, m moottoripyörän paino ja a on kiihtyvyys.

Koska F=uN, jossa u on kitkakerroin ja N tukivoima, niin päädytään tilanteeseen uN=ma, josta saadaan a=uN/m.

Tukivoima N riippuu moottoripyörän tiehen kohdistamasta painosta, eli N=mg, jolloin yhtälö on a=umg/m, josta supistamalla m pois saadaan a=ug.

Tässä kohtaa heräsi ihmetys, että miten voi olla mahdollista, että on olemassa rengasvetoisia kiihdytyspyöriä, jotka kiihtyvät nollasta sataan alle sekunnissa, eli niiden kiihtyvyys on noin 27 metriä sekunnin neliössä. Saatu yhtälö taas sanoo, ettei mikään rengasvetoinen pystyisi ylittämään kiihtyvyydellään putoamiskiihtyvyyden arvoa g, koska kitkakerroin u on aina nollan ja ykkösen välillä.

On siis oltava jokin mystinen voima, joka painaa rengasta kovemmin maahan, jolloin tukivoiman kasvaessa myös kiihtyvyys kasvaisi yli putoamiskiihtyvyyden. Näissä kiihdytyspyörissä ei myöskään ole minkäänlaisia siivekkeitä, joten downforce ei voi olla se alas painava voima. Tässä esimerkkivideo sellaisesta vehkeestä: http://uk.youtube.com/watch?v=3dRpAZci9m0 . Tämä Killacycle on tosin sähkökäyttöinen, mutta se ei vaikuta asiaan koska se on rengasvetoinen. Aikas siisti vehje kuitenkin.

Löysin kuitenkin aikani netissä haahuiltuani tämän videon, http://uk.youtube.com/watch?v=9O0b90G8Yhg jossa näkyy kuinka vetävä rengas pyöriessään muuttaa muotoaan, jolloin kosketuspinta-ala tiehen muuttuu. Toinen muuttuja olisi myös renkaan sisäinen paine, sillä kitka aiheuttaa kaasujen lämpiämistä renkaassa ja siten myös laajenemista.

Voiko siis se ihmeelliseltä tuntuva mystinen voima johtua renkaan kosketuspinnan muutoksesta ja kaasun laajenemisesta renkaan sisällä, vai olenko jättänyt huomioimatta jonkin tärkeän seikan, kun vain näin lukiofysiikan pohjalta tätä järkeilin?

Auttakaa tyhmää.

Sivut

Kommentit (17)

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007

Eipä tuohon sen kummenpaa mystiikkaa liity. Renkaan ja tien välillä on myös adheesio/liimavoimia, jotka lisäävät pitoa. Toinen tekijä on se, että pehmeän renkaan upotessa tien epätasaisuuksiin, se toimii hieman samoin kuin hammasratas, eli hiukan isommassa mittakaavassa kuin perinteinen kitka. Kolmas tekijä on siipien tuoma downforce; silloin alaspäin kohdistuva aerodynaaminen voima on suurempi kuin lisäilmanvastus, jolloin renkaan ja tien välissä vaikuttava voima on enemmän kuin prätkän paino.

yaiba
Terve vaan kaikille näin ensi alkuun!
Mieltäni on tässä askarruttanut jo pidemmän aikaa eräs fysikaalinen ongelma liittyen rengasvetoisiin kiihdytysmoottoripyöriin. Jos näin ensi alkuun selostaisin tilannetta:

Moottoripyörää eteenpäin liikuttava voimahan johtuu lepokitkasta renkaan ja tienpinnan välillä, ja jos ei oteta huomioon muita liikevastuksia niin päädytään yhtälöön F=ma, jossa F on lepokitka, m moottoripyörän paino ja a on kiihtyvyys.

Koska F=uN, jossa u on kitkakerroin ja N tukivoima, niin päädytään tilanteeseen uN=ma, josta saadaan a=uN/m.

Tukivoima N riippuu moottoripyörän tiehen kohdistamasta painosta, eli N=mg, jolloin yhtälö on a=umg/m, josta supistamalla m pois saadaan a=ug.

Tässä kohtaa heräsi ihmetys, että miten voi olla mahdollista, että on olemassa rengasvetoisia kiihdytyspyöriä, jotka kiihtyvät nollasta sataan alle sekunnissa, eli niiden kiihtyvyys on noin 27 metriä sekunnin neliössä. Saatu yhtälö taas sanoo, ettei mikään rengasvetoinen pystyisi ylittämään kiihtyvyydellään putoamiskiihtyvyyden arvoa g, koska kitkakerroin u on aina nollan ja ykkösen välillä.

On siis oltava jokin mystinen voima, joka painaa rengasta kovemmin maahan, jolloin tukivoiman kasvaessa myös kiihtyvyys kasvaisi yli putoamiskiihtyvyyden. Näissä kiihdytyspyörissä ei myöskään ole minkäänlaisia siivekkeitä, joten downforce ei voi olla se alas painava voima. Tässä esimerkkivideo sellaisesta vehkeestä: http://uk.youtube.com/watch?v=3dRpAZci9m0. Tämä Killacycle on tosin sähkökäyttöinen, mutta se ei vaikuta asiaan koska se on rengasvetoinen. Aikas siisti vehje kuitenkin.

Löysin kuitenkin aikani netissä haahuiltuani tämän videon, http://uk.youtube.com/watch?v=9O0b90G8Yhg jossa näkyy kuinka vetävä rengas pyöriessään muuttaa muotoaan, jolloin kosketuspinta-ala tiehen muuttuu. Toinen muuttuja olisi myös renkaan sisäinen paine, sillä kitka aiheuttaa kaasujen lämpiämistä renkaassa ja siten myös laajenemista.

Voiko siis se ihmeelliseltä tuntuva mystinen voima johtua renkaan kosketuspinnan muutoksesta ja kaasun laajenemisesta renkaan sisällä, vai olenko jättänyt huomioimatta jonkin tärkeän seikan, kun vain näin lukiofysiikan pohjalta tätä järkeilin?

Auttakaa tyhmää.

Vierailija

Huh. Jopa heti alkuun esitit kysymyksen. Ai niin tervetuloa mukaan sekameteli-soppaan.

Olen joskus miettynyt samaa, mutta toisin päin. Siis jarrutuksissa. Siinähän renkaat myös tavallaan "venyvät". Kiihdytys on eri asia, koska silloin heti lähdössä ei kait mitkään siivetkään auta heti alkumetreillä.
Jään kyllä mielenkiinnolla oottelemaan tietoja tästä. En niinkään fysikaalisin kaavoin, vaan ihan kansankielellä. Vois sitten keväällä mennä rinta rottingilla kysymään alan vannoutuneilta harrastajilta

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26835
Liittynyt16.3.2005

Kilparenkaat ovat pehmeää liimamaista kumia. Se tarttuu (adheesion (molekyylien välisistä voimista johtuva kumia ja pintaa yhteen vetävä voima) vaikutuksesta) tien epätasaiseen pintaan ja mahdollistaa paljonkin yli ykkösen olevan tehollisen kitkakertoimen.

Se lukion fysiikan kurssin kitkakerroin on varsin karkea approksimaatio todellisesta kitkasta ja muista kappaleiden välisistä vuorovaikutuksista. Se on yksinkertainen ja toimii käytännön sovelluksiin riittävällä tarkkuudella monessa paikassa, mutta mikään yleispätevä totuus kitkasta se ei ole.

Vierailija

Kiihdytysvekottimien renkaiden kumiseos on pehmeää, miltei tahmeaa tavanomaisiin renkaisiin verrattuna. Kumi mukautuu tien pinnan epätasaisuuksiin ja kitkakerroin hyvin korkea.

Mietipä hammaspyörää renkaana ja hammastankoa tienä, eipä ole kiihtyvyydelle muuta ylärajaa kuin materiaalin kestävyys.

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Lähes koko M-pyörän massa ajajineen voi myös olla takapyörän päällä kiihdytyksessä. Pyörähän pyrkii keulimaan.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007
Bitjuus
Mietipä hammaspyörää renkaana ja hammastankoa tienä, eipä ole kiihtyvyydelle muuta ylärajaa kuin materiaalin kestävyys.

Paitsi mitä nyt kuskin kestävyys joutuu vähän koetukselle. Kyllä tuo 2,75 G:tä vähän utopistiselta kuulostaa. Voiko kiihdytyspyörällä kiivetä kerrostalon seinää pitkin ylöspäin ?? Onko kukaan kokeillut ?

Vierailija
yaiba
Saatu yhtälö taas sanoo, ettei mikään rengasvetoinen pystyisi ylittämään kiihtyvyydellään putoamiskiihtyvyyden arvoa g, koska kitkakerroin u on aina nollan ja ykkösen välillä.

Yleinen (?) harhaluulo on, että kitkakerroin ei voi olla suurempi kuin yksi. Mikään ei estä kitkakerrointa olemasta vaikka 4.235235. Käytännössä kitkakerroin harvoin on niin suuri mutta ei mikään rajoita sitä olemasta niin suuri.

Vierailija

Muistaakseni jenkkien rakettikelkassa oli kuski selvinnyt hengissä 10 g:n kiihtyvyydessä, sairaalareissu kuitenkin tuli mokomasta venytyksestä.

Vierailija
Bitjuus
Kiihdytysvekottimien renkaiden kumiseos on pehmeää, miltei tahmeaa tavanomaisiin renkaisiin verrattuna. Kumi mukautuu tien pinnan epätasaisuuksiin ja kitkakerroin hyvin korkea.

Mietipä hammaspyörää renkaana ja hammastankoa tienä, eipä ole kiihtyvyydelle muuta ylärajaa kuin materiaalin kestävyys.

Jep, kiihdytysautojen renkaissa kitkakerroin on yli yksi. Ennen kiihdytystä renkaita kuumennetaan sudittamalla eli poltetaan kumia. Tämän jälkeen renkaan pinta on pehmeä, tahmea, liimamainen ja pito on uskomaton.

Kun liikutaan suurilla nopeuksilla ja samalla pitäisi ottaa kitka ja muut väliaineenvastukset huomioon, niin lukion fysiikka on näiden hahmottamiseen aika karkea väline.

Volitans
Seuraa 
Viestejä10670
Liittynyt16.3.2005
Neutroni
Kilparenkaat ovat pehmeää liimamaista kumia. Se tarttuu (adheesion (molekyylien välisistä voimista johtuva kumia ja pintaa yhteen vetävä voima) vaikutuksesta) tien epätasaiseen pintaan ja mahdollistaa paljonkin yli ykkösen olevan tehollisen kitkakertoimen.

Sama toimii autoissakin. ns. "slickseillä" eli racing renkailla, joissa ei ole kulutuspintaa lainkaan, vaan pehmeää kumiseosta, joka lämmetessään muuttuu uskomattoman tahmaiseksi - ensi kertaa, kun lämmintä rengasta sormin kosketin, niin hämmästys oli suuri.

Tuollaisilla renkailla saa reilusti yli 1 G:n sivuttaiskiihtyvyyksiä ja myös jarrutusmatkat ovat aivan toista, kuin katurenkailla. 170 km/h:sta jarrutus 180 asteen mutkaan menee alle 50 m! Ilman siipiä.

Vierailija

Lisäksi monet kiihdytysradatkin ovat pinnoitettuja siten, että itse ratakin on "tahmea". Lisäksi noiden kiihdytysratojen lähtöpaikalla lienee melko reilu kerros kumia, joka on jäänyt niistä kaikista samasta paikasta kiihdyttäneistä menopeleistä.

Tilanne vastaa siis enemmän liima-liima -pintaa kuin kova kumi-asfaltti -pintaa.

Vierailija

Saako noissa kiihdytysvehkeissä olla jotain sellaista automatiikka mukana, että voi ruiskuttaa "liisteriä" renkaalle? Ja jossain vaiheessa pelkkää sileää kyytiä jouduttamaan. Kysyn vain siksi, koska en tiedä. Olen vain hämmästellyt.

vorrester
Seuraa 
Viestejä615
Liittynyt22.7.2005
Lassi
Saako noissa kiihdytysvehkeissä olla jotain sellaista automatiikka mukana, että voi ruiskuttaa "liisteriä" renkaalle? Ja jossain vaiheessa pelkkää sileää kyytiä jouduttamaan. Kysyn vain siksi, koska en tiedä. Olen vain hämmästellyt.

Jos kiihdytys autosta tippuu jotain radalle, se on välitön lähdön keskeytyksen syy.
Kilpailun järjestäjien toimesta rata puhdistetaan, liimataan ja kumitetaan valmiiksi. Kisakäytössä rata on kuin tarrapintaa, eli yllätys monelle ensikertalaiselle vakioautolle. Tehot loppuu tai mekaniikka poikii, eli pitoa on niin paljon että jostain täytyy löytyä myöntöä.

Öljyt ja nesteet radalla on vaarallisia. Jos pito irtoaa vain toiselta puolelta, auto lähtee lujaa lapasesta.

Suomessa on käytössä FHRA:lla suihkumoottori kuivaimella varustettu auto joka puhaltaa radan kuivaksi ja polttaa öljyt ja nesteet 600 asteen lämmöllä.

Kuivauksen jälkeen rataan sumutetaan uusi liimapinta, jotta pito pysyy hyvänä.

Lähdössä on vedellä kasteltu alue jossa saa ottaa burnikset, eli sudittaa renkaat puhtaaksi ja lämmittää renkaan kumin jotta se on lämmin ja pehmeämpi parantaen pitoa. Siitä sitten ajetaan hitaasti eteenpäin "joulukuuselle" eli lähtövaloihin.

Aivopierun tunnistaa rivin alun merkistä *

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat