خانه / دنیای اطراف ما / موتورسیکلت چقدر می تواند در پیچ ها خم شود ؟

موتورسیکلت چقدر می تواند در پیچ ها خم شود ؟

آن همه خم شدن موتورسیکلت ها در پیچ های مسابقات شبیه جادو است. البته تمام این فرآیند با کمی فیزیک پایه قابل توضیح است. خلاصه ماجرا این است که موتورسیکلت در پیچ ها به خاطر گشتاور و نیرو های مجازی خم می شود. اگر اطلاعات پایه ای از فیزیک دارید و از قوانین حرکت های دایره ای خبر دارید، حتما ادامه این مطلب را بخوانید.

خم شدن موتورسیکلت
خم شدن موتورسیکلت

به جای اینکه تنها خم شدن موتورسیکلت را توضیح دهیم، بیایید کار بهتری انجام دهیم .بیایید ببینیم به زبان فیزیک این موتور سوارهای پر جرئت چه کاری انجام می دهند ؟ آیا می توان محاسبه کرد که موتورسیکلت چه مقدار باید در یک پیچ خم شود؟ البته که می شود !

محاسبه زاویه خم شدن موتورسیکلت

هر چقدر پیچ تنگ تر باشد یا به عبارت دیگر دور تند تری داشته باشد ، باید خم شدن موتورسیکلت بیشتر باشد. برای محاسبه این زاویه، با یک دیاگرام نیرو کار را شروع می کنیم.

دیاگرام نیرو های وارد بر موتورسیکلت
دیاگرام نیرو های وارد بر موتورسیکلت

به یاد داشته باشید که مرکز ثقل را همان مرکز نیروی مجازی می گیریم (مکانی که فرض می کنیم نیرو به آن وارد می شود). این مکان همیشه یک نقطه نیست.

از آنجایی که از نیروی مجازی در دستگاه مرجع شتاب دار استفاده می کنیم، نیروی خالص برابر با 0 می شود. می توان این را در جهات x و y نوشت.

نیرو خالص در جهات x و y

نیروی مجازی مقدار منفی ضرب جرم و زمان است. پس دو فرمول برای نیرو های خالص خواهیم داشت.

معادلات نیرو

حالا می توان گشتاور کلی حول مبدا را نوشت. نیروی اصطکاک و نیروی نرمال، گشتاور 0 دارند زیرا از مبدا می گذرند.

در ساختنی بخوانید :  ربات ها سرپیچی از فرمان انسان را یاد می گیرند

محاسبه گشتاور

مشخص می شود که هر چقد سریع تر از یک پیچ بگذرید، خم شدن موتورسیکلت هم باید بیشتر باشد. پیچ هم هر چقدر تنگ تر باشد باز خم شدن متور بیشتر می شود. اما چقدر می توان موتورسیکلت را خم کرد؟ این به نیروی اصطکاک بستگی دارد. اگر حداکثر نیروی اصطکاک را محاسبه کنیم، می توان بیشترین زاویه خم شدن را نیز پیدا کرد. مدل متداول نیروی ایستای اصطکاک (برای یک تایر غیرلغزنده) بیان می کند که نیروی اصطکاک متناسب با نیروی نرمال است.

معادله نیروی اصطکاک

البته عبارتی برای نیروی نرمال وجود دارد. با کنار هم گذاشتن همه این ها داریم:

نتایج معادلات

ترکیب این با محاسبات زاویه خم، معادلات زیر را به دست می دهد:

زاویه خم

پس ضریب اصطکاک ایستا (μs) چقدر می شود؟ اگر ضریب 0.7 را استفاده کنیم زاویه 35 درجه به دست می آید. اگرچه موتورسیکلت ها می توانند تا 60 درجه خم شوند. در جهت عکس، اگر زاویه را 60 درجه قرار دهیم، ضریب 1.7 به دست می آید. اما صبر کنید، مگر ضریب اصطکاک همیشه بین 0 و 1 نیست؟ همیشه اینطور نیست! مدل متداول نیروی اصطکاک می گوید این ضریب کوچک تر از 1 است اما نمی توان گفت که همیشه اینطور است.

آیا موتورسیکلت ها ضریب اصطکاک بالاتری دارند؟

اگر شتاب موتورسیکلت در گذر از پیچ را حساب کنیم چطور می شود؟ با این شتاب می توان تخمین دیگری از ضریب اصطکاک به دست آورد.

این نمای بالایی خم شدن موتورسیکلت است.

نمای بالا از موتورسیکلت در پیچ
نمای بالا از موتورسیکلت در پیچ

با فرض مدل ساده اصطکاک همراه با فرمول شتاب جسم در دایره، عبارت زیر به دست می آید:

در ساختنی بخوانید :  10 باور درمانی قدیمی و عجیب

مدل اصطکاک و معادله شتاب

حالا باید بررسی کنیم و سرعت ها را در پیچ های مختلف پیدا کنیم تا بتوانیم ضریب اصطکاک را تخمین بزنیم. از نقشه سرعت یک راننده حرفه ای برای این کار استفاده می شود. با این کار می توان شعاع خمیدگی پیچ های مختلف را به دست آورد.

نقشه مسیر موتورسیکلت

برای این دو پیچ عبارات زیر به دست می آید:

پیچ چهارم:

شعاع=114.8 متر، سرعت= 35.6 متر بر ثانیه، شتاب= 10.98 متر بر مجذور ثانیه، μmin = 1.12

پیچ پنجم:

شعاع=35.34 متر، سرعت= 20.9 متر بر ثانیه، شتاب= 12.41 متر بر مجذور ثانیه، μmin = 1.27

این فقط دو پیچ است. با استفاده از تخمین شعاع معلوم می شود هر دو پیچ به ضریب اصطکاکی بیشتر از 1 احتیاج دارند تا موتورسیکلت بدون لغزش بپیچد. ضریبی برابر با 1.7 خیلی زیاد به نظر می آید اما همانطور که نشان داده شد این عدد غیرممکن نیست. احتمالا چرخ های موتورسیکلت های مسابقه عجیب هستند!

منبع

خلاصه مطلب
موتورسیکلت چقدر می تواند در پیچ ها خم شود ؟
عنوان مطلب
موتورسیکلت چقدر می تواند در پیچ ها خم شود ؟
توضیح کوتاه
خم شدن موتورسیکلت ها در پیچ های مسابقات شبیه جادو است . البته تمام این فرآیند با کمی فیزیک پایه قابل توضیح است. خلاصه این ماجرا گشتاور و نیرو های مجازی است.
نویسنده

بیشتر بخوانید:

چرا یک آهنگ در ذهنمان گیر میکند و مدام تکرار میشود؟... ممکن است هر آهنگی در ذهن شما به طور پیوسته تکرار شود. حالا محققان روانشناسی چند سرنخ از اینکه چرا بعضی آهنگ ها در ذهنمان تکرار می شود پیدا کرده اند. آ...
در سطح مریخ آب وجود دارد، اما آیا زندگی هم هست؟... زمان زیادی است که می دانیم آب روی مریخ وجود دارد. حالا با تشکر از آخرین اعلان ناسا می دانیم که مقداری از این آب بر روی سطح سیاره است. مشخص شده است که ...
فعالیت های عجیب انسان در طول زندگی و دلایل آن‌ها... آیا تا به حال متوجه شده‌اید که وقتی مدتی به انگشتان خود خیره شوید آن‌ها تبدیل به اشیاء بیگانه‌ای در مقابل چشمانتان می‌شوند؟ شما واقعیت آن‌ها را می...
آیا جمعیت کره زمین جاذبه را تغییر می دهد؟... در این پست ساختنی می خواهیم یک سوال جالب را بررسی کنیم. بیایید اول سوال را کمی واضح تر کنیم : همانطور که می دانید نیروی جاذبه ای که زمین با آن ما...
اتفاق عجیب فیزیکی،یک ستاره توسط فضا زمان بلعیده شد !... یک ستاره بخاطر ایجاد یک منحنی در فضا زمان (Space time) در اثر گردش طبیعی اش، محو شده و دیگر قابل رویت نیست. این ستاره ناپدید شده بخشی از سیستم ستاره ا...
اولین مدل سازی قابل مشاهده خم شدن نور توسط سیاه چاله... سیاه چاله های پلاستیکی درست مانند نمونه ی واقعی نور را به تله می اندازد، و اولین ساختار این چنینی، طبیعی یا مصنوعی، است که می توانید به وسیله آن، این ...

درباره سیمین حمیدی

سیمین حمیدی
سیمین حمیدی یکی از نویسندگان ساختنی و فارغ التحصیل رشته مهندسی نرم افزار و دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت سیستم و بهره وری است.

پیشنهاد می کنیم

آموزش ساخت باتری آبی ؛ ماشین حساب را با آب روشن کنید!

اگر به آزمایش های علمی در زمینه برق و الکترونیک علاقه دارید، تجربه ساخت باتری …

پاسخ دهید