Φίλοι του Τ.Μ.Θ.

  • Μεγαλύτερο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Προκαθορισμένο μέγεθος γραμματοσειράς
  • Μικρότερο μέγεθος γραμματοσειράς

ΑΡΧΗ | Αποθήκευση όλων των δημοσιευμένων άρθρων | Η Φυσική στην καθημερινή μας ζωή: Λασπωμένοι ποδηλάτες

Η Φυσική στην καθημερινή μας ζωή: Λασπωμένοι ποδηλάτες

E-mail Εκτύπωση PDF

* L.J.F. (Jo) Hermans * Πανεπιστήμιο Leiden, Κάτω Χώρες * Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από κακόβουλη χρήση. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε την Javascript για να τη δείτε. * DOI: 10.1051/epn/2010404

Όταν παρακολουθούμε τον ποδηλατικό Γύρο της Γαλλίας ή τον Γύρο της Ιταλίας, μία όχι και τόσο ηλιόλουστη μέρα, ερχόμαστε αντιμέτωποι με ένα απλό πρόβλημα φυσικής. Γιατί η πλάτη των ποδηλατών, όταν βρίσκονται σε βρεγμένο δρόμο, τείνει να στολίζεται με μια κάθετη λωρίδα λάσπης; Φυσικά, αυτό οφείλεται στο νερό του δρόμου που σηκώνει το λάστιχο. Φυγόκεντρες δυνάμεις εκσφενδονίζουν το νερό από το λάστιχο όταν βρίσκεται σε κάποιο σημείο του ανώτερου τμήματος της τροχιάς του και η ταχύτητα πορείας το εκτοξεύει προς την πλάτη του δύσμοιρου ποδηλάτη.

Γιατί όμως το νερό φεύγει από το λάστιχο όταν βρίσκεται κοντά στο υψηλότερο σημείο; Μία επιφανειακή ανάλυση της κίνησης της ρόδας ίσως μας δώσει κάποιο στοιχείο. Οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειας του λάστιχου σχηματίζει κυκλοειδή καμπύλη, ενώ η ταχύτητά της κυμαίνεται από μηδέν έως και δύο φορές της ταχύτητας του ποδηλάτου. Δεν είναι λοιπόν η απάντηση με απλά λόγια: επειδή η ταχύτητα του λάστιχου είναι μέγιστη στο υψηλότερο σημείο, το ίδιο ισχύει και για τη φυγόκεντρο δύναμη;

Όσο λογικό κι αν ακούγεται, δεν έχει καμία απολύτως σχέση. Ασφαλώς, η φυγόκεντρος δύναμη παίζει ρόλο. Αλλά η δύναμη αυτή είναι ίδια σε οποιοδήποτε σημείο στην άκρη της ρόδας, για μία δεδομένη ταχύτητα. Το γεγονός ότι υπάρχει ευθύγραμμη κίνηση που προστίθεται στην περιστροφή της ρόδας δεν έχει σχέση.

 

Συνειδητοποιούμε ότι πρόκειται για ακριβώς το αντίθετο εάν λάβουμε υπόψη τη βαρύτητα. Η βαρύτητα συνήθως κάνει τις σταγόνες να πέφτουν πολύ νωρίτερα, πολύ πιο κοντά στον δρόμο, ενώ συνήθως κάνει το νερό να παραμένει στο λάστιχο, κοντά την κορυφή. Συμπεραίνεται λοιπόν ότι η πλάτη του ποδηλάτη βρέχεται όχι εξ αιτίας, αλλά παρά το γεγονός ότι το εν λόγω τμήμα του λάστιχου βρίσκεται κοντά στην υψηλότερη θέση του.

Αυτό εγείρει το ερώτημα: σε ποια ακριβώς ταχύτητα πιτσιλιέται ο ποδηλάτης με λάσπη; Πρέπει να συνειδητοποιήσουμε ότι οι σταγόνες που φεύγουν από το λάστιχο ακριβώς στο ανώτερο σημείο του είναι σχετικά αθώες. Φεύγουν οριζοντίως, περνούν κάτω από τη σέλα και δεν φτάνουν ποτέ στην πλάτη του ποδηλάτη. Οι πραγματικοί ένοχοι είναι οι σταγόνες που φεύγουν νωρίτερα, περίπου στις 45 μοίρες πριν φτάσουν στην κορυφή, ή ακόμα και κοντά στις 60 μοίρες πριν την κορυφή.

Σε αυτό το σημείο τα πράγματα περιπλέκονται λίγο, εφόσον μπαίνουν στο παιχνίδι παράμετροι όπως η ακριβής θέση του ποδηλάτη σε σχέση με τη ρόδα. Επίσης, δεν αρκεί να εξισορροπούνται οι φυγόκεντρες δυνάμεις και η βαρύτητα. Οι σταγόνες νερού που εκσφενδονίζονται από την άκρη του λάστιχου χρειάζονται επιπλέον ταχύτητα για να εκτοξευθούν προς τα πάνω και να φτάσουν την πλάτη του ποδηλάτη.

Ένας υπολογισμός για έναν συνηθισμένο ποδηλάτη, ο οποίος αγνοεί το βάρος των σταγονιδίων και ο οποίος έγινε από τον Fokke Tuinstra του Delft University of Technology, δείχνει ότι οι σταγόνες που κατά πάσα πιθανότητα φτάνουν στην πλάτη του ποδηλάτη όντως φεύγουν από το λάστιχο αρκετά νωρίς, περίπου στις 60° πριν την κορυφή. Προσκρούουν στην πλάτη του ποδηλάτη μόλις η ταχύτητά του ξεπεράσει τα 12 km/h, εάν βέβαια χρησιμοποιεί ποδήλατο συνηθισμένου μεγέθους. Ο λόγος αυτού του γεγονότος είναι ο καίριος ρόλος της διαμέτρου της ρόδας. Σε μία δεδομένη ταχύτητα ν του ποδηλάτη, η εξισορρόπηση μεταξύ φυγόκεντρου δύναμης και βαρύτητας, ν2/R = g, δείχνει ότι οι μικρότερες ρόδες δυσχεραίνουν την κατάσταση. Έτσι, εάν τύχει κάποια φορά να βρίσκεστε σε αναδιπλούμενο ποδήλατο στον δρόμο για ένα σημαντικό ραντεβού με το κοστούμι της δουλειάς, το καλύτερο που έχετε να κάνετε είναι να βεβαιωθείτε ότι το φτερό της πίσω ρόδας κάνει τη δουλειά του.

Άρθρο διαθέσιμο στη διεύθυνση http://www.europhysicsnews.org ή http://dx.doi.org/10.1051/epn/2010404

ΠΗΓΗ:ΕΝΩΣΗ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ  http://www.eef.gr/

 

Τελευταία Ενημέρωση στις Κυριακή, 30 Ιανουάριος 2011 13:54  

ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ

ΜΕΓΑΛΕΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΕΙΣ

1970

Γίνεται η πρώτη πτήση με υπερηχητικά επιβατηγά αεροπλάνα.

Μαθητικο Συνεδριο Πληροφορικης

ΑΦΙΕΡΩΜΑ ΕΡΤ Συνεδρίο

This page require Adobe Flash 9.0 (or higher) plug in.

SPOT Τεχνικού Μουσείου

This page require Adobe Flash 9.0 (or higher) plug in.