Seuraa 
Viestejä45973

Hei!

Täällä foorumilla on juskus kyselty hyrrävoimista. Tässä olisi Opetus.tv :seen tekemä opetusvideoni aiheesta. Video on tarkoitettu lukio-opiskeluun FY5-kurssiin, joten siinä ei ole käytetty varsinaisesti derivaatan käsitettä, koska matematiikassa sitä ei ole vielä tässä vaiheessa käsitelty. Tarkoitus on, että lukiolainen ymmärtäisi videon sisällön matematiikan vektorikurssin, FY4 ja FY5 kurssien jälkeen.

http://opetus.tv/fysiikka/fy5/hyrravoim ... roskooppi/

VM

  • ylös 0
  • alas 0

Sivut

Kommentit (72)

Jorma
Seuraa 
Viestejä2351
vmaanselka
Hei!

Täällä foorumilla on juskus kyselty hyrrävoimista. Tässä olisi Opetus.tv :seen tekemä opetusvideoni aiheesta. Video on tarkoitettu lukio-opiskeluun FY5-kurssiin, joten siinä ei ole käytetty varsinaisesti derivaatan käsitettä, koska matematiikassa sitä ei ole vielä tässä vaiheessa käsitelty. Tarkoitus on, että lukiolainen ymmärtäisi videon sisällön matematiikan vektorikurssin, FY4 ja FY5 kurssien jälkeen.

http://opetus.tv/fysiikka/fy5/hyrravoim ... roskooppi/

VM


Kuinkahan ne hyrrävoimat polkupyöräillessä vaikuttavat? Eikös sitä ole testattu, ja ihan yhtä helppoa on pyöräily ilman hyrrävoimia. Myös Ruotsinkielisessä Wikipediassa pidetään juttua myyttinä.
http://sv.wikipedia.org/wiki/Gyroskop

Kiva pähkinä sinulla siinä taululla.

Uusimmassa Tiede -lehdessä tosiaan sanottiin, että jotkut tutkijat ovat simuloineet polkupyörää maailmassa, jossa ei "hyrrävoimia" olisi ja tulos oli, että polkupyörä voisi olla vakaa myös ilman "hyrräilmiötä".

Mutta tuskin on epäilystä siitä, etteikö pyörimisliikemäärä vakauttaisi pyörän liikettä ja siten helpottaisi sen pystyssä pitämistä. Pyörimisliikemäärävektorin suunnan muuttaminen kun yksinkertaisesti tarvitsee voimaa (voiman momentin). Mitä suurempi on pyörimisliikemäärä, sitä suurempi voima tarvitaan muuttamaan L vektorin suuntaa. Polkupyörän kallistaminen on sitä vaikeampaa mitä suurempi sen nopeus on.

"Hyrrävoimien" vakauttava vaikutus ei siis ole mielestäni myytti, joskaan ei ehkä välttämätön edellytys, teoreettisessa mielessä, polkupyörän tasapainolle.

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
xork
Seuraa 
Viestejä384

Kuvitellaan, että akselille on kyetty pistämään kaksi vauhtipyörää limittäin, eli ovat samassa kohdassa, mutta pyörivät vain eri suuntiin. Onko laitteella tällöin ylimääräistä hitautta verrattuna tilanteeseen, että vauhtipyörät eivät pyöri?

Ei taida olla vaan nuo pyörimismäärät kuomoavat toisensa, jos ovat yhtäsuuret mutta vastakkaiset.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä40507
vmaanselka
Uusimmassa Tiede -lehdessä tosiaan sanottiin, että jotkut tutkijat ovat simuloineet polkupyörää maailmassa, jossa ei "hyrrävoimia" olisi ja tulos oli, että polkupyörä voisi olla vakaa myös ilman "hyrräilmiötä".



On myös rakennettu fillareita, joissa hyrrävoima kumotaan vastakkaiseen suuntaan pyörivällä vauhtipyörällä. Kuulemma sellaisella ajossa ei huomaa eroa.

"Hyrrävoimien" vakauttava vaikutus ei siis ole mielestäni myytti, joskaan ei ehkä välttämätön edellytys, teoreettisessa mielessä, polkupyörän tasapainolle.



Hyrrävoimat eivät ole pyöräillessä merkittäviä. Niillä saattaa olla enemmän merkitystä ratamoottoripyöräilyssä, jossa pyörivät massat ovat isompia ja nopeudet suurempia. Siellä hyrrävoimat ovat yksinomaan haitallisia, koska ne haittaavat nopeita ohjausliikkeitä. Kaksipyöräisen kulkuneuvon tasapainon säilyttäminen (tai kallistaminen kaartoa varten) tehdään ohjaamalla.

vmaanselka
"Hyrrävoimien" vakauttava vaikutus ei siis ole mielestäni myytti, joskaan ei ehkä välttämätön edellytys, teoreettisessa mielessä, polkupyörän tasapainolle.
Tuossa artikkelissa mainittiin vaikuttavana tekijänä painopisteen korkeus. Etuhaarukan vinous aiheuttaa kääntävän momentin siten, että pyörä pyrkii kääntymään kallisumisen suuntaan ja kun painopiste on korkealla se vakauttaa pyörän riittävän suuressa nopeudessa ilman että tarvitsee lainkaan ohjata.

Vanha jäärä
Seuraa 
Viestejä1578
Neutroni
Hyrrävoimat eivät ole pyöräillessä merkittäviä. Niillä saattaa olla enemmän merkitystä ratamoottoripyöräilyssä, jossa pyörivät massat ovat isompia ja nopeudet suurempia. Siellä hyrrävoimat ovat yksinomaan haitallisia, koska ne haittaavat nopeita ohjausliikkeitä. Kaksipyöräisen kulkuneuvon tasapainon säilyttäminen (tai kallistaminen kaartoa varten) tehdään ohjaamalla.

Pitäisiköhän tähänkin kaupata syyksi maan vetovoiman kiihtyvyyden ja keskeiskiihtyvyyden aiheuttamia hitausvoimia sekä niiden momentteja pyörän tukipisteiden suhteen?

Vanha jäärä

Neutroni

On myös rakennettu fillareita, joissa hyrrävoima kumotaan vastakkaiseen suuntaan pyörivällä vauhtipyörällä. Kuulemma sellaisella ajossa ei huomaa eroa.

Hyrrävoimat eivät ole pyöräillessä merkittäviä. Niillä saattaa olla enemmän merkitystä ratamoottoripyöräilyssä, jossa pyörivät massat ovat isompia ja nopeudet suurempia. Siellä hyrrävoimat ovat yksinomaan haitallisia, koska ne haittaavat nopeita ohjausliikkeitä. Kaksipyöräisen kulkuneuvon tasapainon säilyttäminen (tai kallistaminen kaartoa varten) tehdään ohjaamalla.




Voi tosiaan olla liikaa sanottu, että "hyrrävoimien ansiosta pysyt polkupyörällä pystyssä" (video) Täytynee muuttaa tuota.

En ota kantaa käytännön polkupyöräilyyn, mutta mitä pyörivän pyörän vakauteen tulee, niin lienee selvää, että pyörivä kappale "pyrkii säilyttämään" asentonsa. Näin ollen myös liikkuva polkupyörä on vakaampi kuin paikallaan oleva polkupyörä tässä merkityksessä. Esim. etupyörää on vaikeampi kääntää kovassa vauhdissa jne. Mitä tämä vaikuttaa ohjaamiseen ja tasapainoon käytännössä, siitä voi olla erityyppistä tutkimustietoa.

vmaanselka
Näin ollen myös liikkuva polkupyörä on vakaampi kuin paikallaan oleva polkupyörä tässä merkityksessä. Esim. etupyörää on vaikeampi kääntää kovassa vauhdissa jne. Mitä tämä vaikuttaa ohjaamiseen ja tasapainoon käytännössä, siitä voi olla erityyppistä tutkimustietoa.
Hyrräefekti todellakin myös kääntää etupyörää kallistuksen suuntaan ja on ehkä merkitsevä silloin kun pyörä tönäistään liikkeelle tyhjiltään. Tällöin renkaiden massalla on enemmän merkitystä. Ja jäärälle tiedoksi, että nuo hyrrävoimathan ovat juurikin hitausvoimia.

Kiitos kaikille kommenteista! Opetus.tv :stä löytyy runsaasti matemaattisiin aineisiin sekä biologiaan materiaalia ja palaute on todella tärkeää.

Moottoripyörällä ajettaessa hyrrävoimien ja liike-energian vuoksi ohjauksessa on lähes välttämätöntä käyttää "vastaohjausta". Eli käännetään sarvia eri suuntaan kuin ollaan kääntymässä. Isoissa nopeuksissa saa todellakin työntää että saa pyörän kääntymään. Tuossa tapahtuu niin että vasemmalle sarvia käännettäessä painopisteeltä viedään jalat alta ja pyörä kallistuu oikealle ja lähtee kääntymään myös oikealle. Tuo tapahtuu vaiston varaisesti kun on hetken ajellut.

Nyqvistin Arto taisi sanoakin aikoinaan stuntteja tehdessään että tuota pyörää (6 sylinterinen kawzaki) ei tossa vauhdissa saa kaatumaan millään -> ajoi >200km/h ja hyppäsi puukengillä pyörän päältä taakse 'roikkumaan' pyörän hinaukseen ja sieltä vielä takaisinkin

Täällä Nyqvistin taidonnäytteitä..
http://www.youtube.com/watch?v=x3FOOAMqMvM

xork
Kuvitellaan, että akselille on kyetty pistämään kaksi vauhtipyörää limittäin, eli ovat samassa kohdassa, mutta pyörivät vain eri suuntiin. Onko laitteella tällöin ylimääräistä hitautta verrattuna tilanteeseen, että vauhtipyörät eivät pyöri?




Tämä on mielenkiintoinen kysymys. Pyörimisliikemäärävektorit osoittavat eri suuntiin ja ovat yhtä suuret, joten ne summautuvat nollaksi. Toisaalta yksi vääntävä voima aiheuttaa kaksi erisuuntaista momenttia, jotka myös summautuvat nollaksi. Pyörimisenergia sen sijaan kaksinkertaistuu tässä esimerkin tapauksessa.
Liikemäärävektori ei kuitenkaan ole aivan tavallinen vektori vaan ns. pseudovektori, joka säilyttää suuntansa peilatessa.

Käsitelläänkö lukiossa nykyään kulmanopeus ja kulmaliikemäärä vektoreina? Minun aikanani ei muistaakseni puhuttu mitään siitä, että niitä voitaisiin käsitellä vektoreina. Kyseisten suureiden vektoreina käsittely tuli itselläni vastaan vasta yliopiston 1. fysiikan kurssilla.

Aiheeseen liittyen voisi mainostaa hauskaa kuntoiluvälinettä nimeltään Powerball, jonka toiminta perustuu gyroskooppiin. Laite on muuten oikeasti erinomainen kuntoiluväline eikä mikään pelkkä lelu. Vastusta saa lisättyä yksinkertaisesti pyörittämällä laitetta nopeampaa (ranneliikkeellä), ja pallolla pitäisi saada vastusta ainakin 15 kilon edestä.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Powerball
www.powerball.fi/

nilkki
Käsitelläänkö lukiossa nykyään kulmanopeus ja kulmaliikemäärä vektoreina? Minun aikanani ei muistaakseni puhuttu mitään siitä, että niitä voitaisiin käsitellä vektoreina. Kyseisten suureiden vektoreina käsittely tuli itselläni vastaan vasta yliopiston 1. fysiikan kurssilla.

Aiheeseen liittyen voisi mainostaa hauskaa kuntoiluvälinettä nimeltään Powerball, jonka toiminta perustuu gyroskooppiin. Laite on muuten oikeasti erinomainen kuntoiluväline eikä mikään pelkkä lelu. Vastusta saa lisättyä yksinkertaisesti pyörittämällä laitetta nopeampaa (ranneliikkeellä), ja pallolla pitäisi saada vastusta ainakin 15 kilon edestä.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Powerball
http://www.powerball.fi/




Tämä ko. video on kyllä "lisätiedon" roolissa ja jää oppilaiden oman harrastuneisuuden varaan perehtyä siihen. Noissa videoissa on se hyvä puoli, että jos jotain oppilasta jää vaivaamaan toteamus "pyörivä kappale pyrkii säilyttämään asentonsa" tai jos tuo gyroskoopin liike kiinnostaa, niin voi katsoa selityksen, jossa ei tiedollisesti edellytetä mitään mitä lukiolainen ei voisi ymmärtää. Vektoritulo tulee kuitenkin esiin sähkömagnetismin kurssissa tuon "oikean käden säännön" muodossa.

Kiitos linkistä, hienoa matskua oppitunnille!

vmaanselka
Mutta tuskin on epäilystä siitä, etteikö pyörimisliikemäärä vakauttaisi pyörän liikettä ja siten helpottaisi sen pystyssä pitämistä.
No mä voin ilmoittautua epäilijäksi. Pyöriminen saattaa vakauttaa, mutta että suureella pyörimisliikemäärä olisi vakauttava vaikutus ?
Sitä on vähän vaikeampi hahmottaa kun vakautus ei ole fysikaalinen suure, joten milläs osoitat yhteyden fysikaalisen suureen ja ilmiön nimeltä vakautus välillä ?
Yleensä ne yhteydet ovat suureiden välisiä, ja niiden osoittaminen onnistunee huomattavasti helpommin.

vmaanselka
Mitä suurempi on pyörimisliikemäärä, sitä suurempi voima tarvitaan muuttamaan L vektorin suuntaa.
Ei kai nyt sentään.
Mikäli tuo pitäisi paikkansa loppuisi hyrrän prekessio yhtäkkiä kokonaan kun hyrrän kulmanopeus oman akselinsa suhteen ylittäisi jonkin kynnysarvon, ja näinhän ei toki ole tilanteessa, jossa painovoima, tukivoima, ja niiden välinen etäisyys r pysyy vakiona ja siten myös kyseinen voiman momentti on vakio. L-vektorin suunan muuttumisnopeuteen voiman momentilla toki on huomattava vaikutus.

vmaanselka
Polkupyörän kallistaminen on sitä vaikeampaa mitä suurempi sen nopeus on.
No tuostakaan en osaa olla samaa mieltä. Ehkä käsitämme sanan vaikeampaa merkityksen eri tavalla ?

vmaanselka
"Hyrrävoimien" vakauttava vaikutus ei siis ole mielestäni myytti, joskaan ei ehkä välttämätön edellytys, teoreettisessa mielessä, polkupyörän tasapainolle.

Sematiikasta kiistely ei ole yleensä hedelmällistä. Jos haluat keskustella fysiikasta pitäisi ensin määritellä vakautus ja tilanne jossa sitä tarkastellaan.
Hyrrän tapauksessa "hyrrävoimat" aikaansaavat prekessioliikkeen, eivät mitään "vakautta".
Jos teet "hyrrän" kahdesta samanlaisesta ja samalla akselilla olevasta vastakkain pyörivistä vauhtipyöristä katoaa prekessio, mutta katosiko "vakaus" ?
Ei minusta, vaan levossa oleva hyrrävoimaton "hyrrä" on minusta vakaammalta vaikuttava kuin se prekessoiva hyrrä.

Videossa puhutaan hassusti polkupyörän renkaasta tarkoitettaessa renkaan, vanteen, pinnojen, navan, ym muodostamaa kokonaisuutta.
Oliko se tahallista vai tahatonta huumoria ?

Neutroni
Kaksipyöräisen kulkuneuvon tasapainon säilyttäminen (tai kallistaminen kaartoa varten) tehdään ohjaamalla.

Kaksipyöräisen kulkuneuvon tasapainon säilyttämisen (tai kallistamisen kaartoa varten) käytännössä lähes välttämätön edellytys on ohjausakselin tarkoituksen mukainen kääntymisliike, mutten ole varma voiko sitä aina kutsua ohjaamiseksi.

Mitä siis on ohjaaminen ?
Kulkusuunan muuttamista, ohjaustangon aktiivista kääntämistä vaiko jotain muuta ?
Kädet irti tangosta ajaminen on ihan hyvin mahdollista, myös kaarteista selviää jos nopeus on tilanteeseen sopiva.
Pyörän saa pysymään yksinäänkin pystyssä olennaisen pitkäksi aikaa sopivalla alkunopeudella.
Mutta en tuota osaisi ohjaamiseksi kutsua.

Käytännön liikennetilanteissa muun liikenteen seassa toki vastaohjaus on käytännössä ainoa mahdollinen menettelytapa, tiedostaen tai tiedostamattaan tehtynä.

vmaanselka
En ota kantaa käytännön polkupyöräilyyn, mutta mitä pyörivän pyörän vakauteen tulee, niin lienee selvää, että pyörivä kappale "pyrkii säilyttämään" asentonsa.

Mikäli ulkoisia voiman momentteja ei esiinny niin noin, mutta se pitäisi mainita.
Mikäli taas esiintyy niin ei tosiaankaan pyri säilyttämään asentoaan.

vmaanselka
Näin ollen myös liikkuva polkupyörä on vakaampi kuin paikallaan oleva polkupyörä tässä merkityksessä.

En nyt valitettavasti kyllä ymmärrä mitä se vakaampi tässä merkityksessä mahtanee tarkoittaa, mutta olennaisin seikka miksi liikkuvan pyörän tasapainoa on helpompi ylläpitää kuin paikallaan olevan pyörän on seurausta siitä, että liikkuvan pyörän tukipinta liikkuu sivulle kun ohjausta vähänkin kääntää juuri niin pitkälle kun on tarvis.
Oikein hitaasti liikkuvan pyörän ja paikallaan olevan pyörän tapauksissa ero "hyrrävoimissa" on mitätön, kun molemmisssa tapauksessa ne ovat lähes nollassa.
Molempien tasapainoa on mahdollista ylläpitää, mutta ero vaikeusasteessa on merkittävä.

Goswell
Seuraa 
Viestejä18339

Tehdäänpä pieni ajatuskoe. Kuvittele itsesi moukarinheittäjäksi. Laitetaan niin monta moukaria että niistä muodostuu kehä. Laitetaan vauhtia noihin moukareihin, yritä kallistaa systeemiä. miltä tuntuu. Laitetaan moukareihin kiinteä varsi, ei pyöritystä, mites nyt kääntyy.
Mitä kovempaa pyöritetään sen vaikeampi kääntää tai siirtää sivuttain.
Ja syyhän on "painon" lisääntyminen nopeuden kasvaessa, keskipakovoima, sen huomaa ihan jousivaaalla. Nopeutta lisää joku hajoaa.
No eihän se massa oikeasti lisäänny, vaan nopeus lisättynä olemassaolevaan massaan lisää painontuntua. (aivan samoin kuin fotonin energia on riippuvainen sen nopeudesta)

Minun mielestä noin.

kuukle

vmaanselka
Mitä suurempi on pyörimisliikemäärä, sitä suurempi voima tarvitaan muuttamaan L vektorin suuntaa.
Ei kai nyt sentään.
Mikäli tuo pitäisi paikkansa loppuisi hyrrän prekessio yhtäkkiä kokonaan kun hyrrän kulmanopeus oman akselinsa suhteen ylittäisi jonkin kynnysarvon, ja näinhän ei toki ole tilanteessa, jossa painovoima, tukivoima, ja niiden välinen etäisyys r pysyy vakiona ja siten myös kyseinen voiman momentti on vakio. L-vektorin suunan muuttumisnopeuteen voiman momentilla toki on huomattava vaikutus.




Tietenkin... Oletin, että ilmaus on ymmärrettävä. Mitä suurempi on pyörimisliikemäärä, niin sitä suurempi voima (ja voiman momentti) tarvitaan saamaan aikaan prekessio tietyllä nopeudella kun vipuvarsi säilyy samana.

kuukle

vmaanselka
Polkupyörän kallistaminen on sitä vaikeampaa mitä suurempi sen nopeus on.
No tuostakaan en osaa olla samaa mieltä. Ehkä käsitämme sanan vaikeampaa merkityksen eri tavalla ?



Tarkoitan tässä "vaikeammalla" sitä, että mitä suurempi on pyörivän kappaleen kulmanopeus, sitä suurempi voima tarvitaan saamaan aikaan haluttu kallistus halutussa ajassa.

kuukle
vmaanselka
"Hyrrävoimien" vakauttava vaikutus ei siis ole mielestäni myytti, joskaan ei ehkä välttämätön edellytys, teoreettisessa mielessä, polkupyörän tasapainolle.

Sematiikasta kiistely ei ole yleensä hedelmällistä. Jos haluat keskustella fysiikasta pitäisi ensin määritellä vakautus ja tilanne jossa sitä tarkastellaan.
Hyrrän tapauksessa "hyrrävoimat" aikaansaavat prekessioliikkeen, eivät mitään "vakautta".
Jos teet "hyrrän" kahdesta samanlaisesta ja samalla akselilla olevasta vastakkain pyörivistä vauhtipyöristä katoaa prekessio, mutta katosiko "vakaus" ?
Ei minusta, vaan levossa oleva hyrrävoimaton "hyrrä" on minusta vakaammalta vaikuttava kuin se prekessoiva hyrrä.




Vakaus tässä tarkoittaa sitä, että pyörivä hyrrä ei käänny pyörimistasonsa suhteen yhtä "helposti" kuin hyrrä joka ei pyöri.

kuukle

Videossa puhutaan hassusti polkupyörän renkaasta tarkoitettaessa renkaan, vanteen, pinnojen, navan, ym muodostamaa kokonaisuutta.
Oliko se tahallista vai tahatonta huumoria ?



Niin, absoluuttisen täsmällinen kieli ei ole aina pedagogisesti palvelevaa. Jos sanon, että "rengas putoaa" niin tarkoitan tietysti, että myös pinnat, ja varsi kääntyy mukana.... Lisäksi nuo videoklipit täytyy saada tiettyyn aikan mahtumaan...

Mutta jos muuta sisältöön liittyvää kommenttia on tai pedagogisia ehdotuksia, niin palaute on arvokasta!

kuukle
vmaanselka
En ota kantaa käytännön polkupyöräilyyn, mutta mitä pyörivän pyörän vakauteen tulee, niin lienee selvää, että pyörivä kappale "pyrkii säilyttämään" asentonsa.

Mikäli ulkoisia voiman momentteja ei esiinny niin noin, mutta se pitäisi mainita.
Mikäli taas esiintyy niin ei tosiaankaan pyri säilyttämään asentoaan.



Niin, en ole nyt kirjoittamassa oppikirjatekstiä tänne...

kuukle
vmaanselka
Näin ollen myös liikkuva polkupyörä on vakaampi kuin paikallaan oleva polkupyörä tässä merkityksessä.

En nyt valitettavasti kyllä ymmärrä mitä se vakaampi tässä merkityksessä mahtanee tarkoittaa, mutta olennaisin seikka miksi liikkuvan pyörän tasapainoa on helpompi ylläpitää kuin paikallaan olevan pyörän on seurausta siitä, että liikkuvan pyörän tukipinta liikkuu sivulle kun ohjausta vähänkin kääntää juuri niin pitkälle kun on tarvis.
Oikein hitaasti liikkuvan pyörän ja paikallaan olevan pyörän tapauksissa ero "hyrrävoimissa" on mitätön, kun molemmisssa tapauksessa ne ovat lähes nollassa.
Molempien tasapainoa on mahdollista ylläpitää, mutta ero vaikeusasteessa on merkittävä.



Oletetaan, että halutaan saada aikaan tietty kallistus pyöriville renkaille A ja B tietyssä samassa ajassa. Jos A pyörii hitaammin kuin B, niin renkaan B kallistaminen vaatii yksinkertaisesti suuremman voiman kuin renkaan A kallistaminen. Tällöin voidaan sanoa, että rengas B on "vakaampi" kuin rengas A. Termi nyt on vakiintunut kielenkäyttöön, mutta kaipa tuon asian voisi yhtä lyhyesti jotenkin muutoinkin ilmaista.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Suosituimmat