Hyrrävoimat ja gyroskooppi

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

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

Sivut

Kommentit (72)

Jorma
Seuraa 
Viestejä2350
Liittynyt27.12.2008
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.

Vierailija

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.

xork
Seuraa 
Viestejä383
Liittynyt6.11.2010

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?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26848
Liittynyt16.3.2005
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.

Vierailija
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 
Viestejä1557
Liittynyt12.4.2005
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

Vierailija
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.

Vierailija
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.

Vierailija

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

Vierailija

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

Vierailija
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.

Vierailija

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/

Vierailija
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!

Vierailija
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 ?

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat