Moped mer stabil jo mer fart den får - Hvorfor?

[Gjest Slettet-XHLacM]

I dag i mattetimen fikk vi en liten "grubler" av læreren der den som fant det mest korrekte svaret ville få heder og ære. Det er bare å komme til han når vi tror vi har svaret, om det så skal ta flere måneder. Jeg er bestemt på å komme først.

 

Her er spørsmålet:

 

Hva er det som gjør at en moped/sykkel er mer stabil når den har mye fart, enn når den har lite?

 

Da var han ikke ute etter et "Det er bare sånn-svar" eller et "Det er jo det eneste naturlige", men et korrekt svar.

 

Jeg vil gjerne ha en formel eller noe i den duren som kan hjelpe meg med å beskrive hvorfor. Dette har med fysikk å gjøre.

 

Takk!

Endret 27. august 2007 av Slettet-XHLacM

[DrThomas]

Ikke helt sikker, men vil tro at det har med at når farten er høy, er kraften og momentet i en retning veldig høy. Små krafter som påvirker til sidene vil "drukne" i forhold til den store kraften fremover, og derfor vil de ikke påvirke retningen i stor grad.

 

Når sykkelen derimot har veldig liten fart, la oss si en fart på 2x, vil en kraft fra en av sidene på 1x være 50% av den totale kraften, og sykkelen vil endre retning og kanskje falle. Men hvis sykkelen har 40x fart, vil ikke 1x kunne påvirke retningen i stor grad?

 

Er ikke noe god på fysikk, så noen som faktisk har peiling kan gjerne opplyse meg og, ble litt nysgjerrig på dette her. Kom gjerne med formler

[valentino]

Når hjulene går rundt vil det skape en gyro-effekt, noe som gir stabilitet på sykkelen. Det er iallefall det jeg lærte i 3FY på vgs.

 

Edit:

Her har du litt info på norsk om gyro på wikipedia

http://no.wikipedia.org/wiki/Gyroskop

Endret 27. august 2007 av valentino

[DrThomas]

Du kan lese litt her:

 

Samme spørsmål

 

og her:

 

Litt om inertia her står det på engelsk. sjekket på norsk om treghet, som er norsk for inertia, men norske wikien sa lite fornuftig. Krever at du er nokså stødig i engelsk da

[DrThomas]

Valentino:

 

Er gyro og sirkel samme da? Trodde gyro bare gjalt kule-formede objekter...

[valentino]

Valentino:

 

Er gyro og sirkel samme da? Trodde gyro bare gjalt kule-formede objekter...

9370072[/snapback]

 

 

Jeg er ikke sjef på dette området, forteller bare det jeg har lært tidligere.

Fant noe om dette på google:

Gyroscopic Wheels

The gyroscopic effect of the spinning wheels certainly adds to a bike’s stability.Hold a wheelin your hand by the axle ends. Tip it from side to side when it is not spinning. Easy, eh?

Now try tipping the wheel while it is spinning fast. It is a lot harder to do.

The gyroscopic effect also contributes to what we observe when countersteering (see Block 24). If you push forward on the left end of a spinning wheel’s axle, the wheel will tip to the left, as the “right hand rule” of rotational mechanics predicts. Try it!

David E.H. Jones, Ph.D., in his efforts to produce an unrideable bicycle (Physics Today, April 1970),mounted on a bicycle a second front wheel parallel to the normal one, but the second wheel did not touch the ground.He could spin it the opposite direction of the normal wheel to cancel the gyroscopic force, or spin it in the same direction to double it.He found that he was able to ride the bike hands-free either way. Rolling along without a rider, the bike remained upright much longer after being pushed with both wheels spinning in the same direction than it did when they were spinning in opposite directions, as one would predict.

 

Kilde: Frame Geometry and Bike Stability (.pdf dokument)

Endret 27. august 2007 av valentino

[Naranek]

Geometrien på rammen er vel så viktig som gyroeffekten. Hvis en motorsyklist får skrens i høy fart og blir kastet av vil ofte motorsykkelen rette seg opp av seg selv og trille rett frem til den stopper. Det burde ikke skjedd hvis gyroeffekten var det viktigste.

[trøls]

På sykler er ofte tyngdepunktet på styret og forhjulet slik at hvis man vipper sykkelen litt mot en side, vil styret og hjulet svinge mot den siden. (Slik styrer man uten hendene på styret.)

 

Når det er klart at sykkelen mest av alt har lyst til å fortsette rett frem (som alle legemer i fart), noe vi nå vet er vanskelig hvis den både har hjulene i bakken og ligger på skrå, er det kanskje naturlig at den retter seg opp?

[Naranek]

Den ville ikke rettet seg opp om forgaffelen hadde vært loddrett ned i stedet for litt på skrå fremover.

[trøls]

Nettopp!

[SeaLion]

Det er svinghjulseffekten (gyroeffekten) som gjør en sykkel mer stabil i høyere fart.

 

Styregeometrien i forgaffelen gir selvoppretting. Aksen som går gjennom styrekransen treffer bakken litt foran hjulets kontaktpunkt med bakken fordi styrekransen er skråstilt. Når man styrer innover havner hjulets kontaktpunkt litt utenfor retningsaksen, men fordi tyngdepunktet fortsatt ligger rett foran bakhjulet og helst vil fortsette rett fram, så vil en sånn manøver føre til at sykkelen faller utover.

 

For å svinge må man derfor først få sykkelen til å falle innover, et lite øyeblikk må man derfor styre litt utover, deretter styrer man innover for å kompensere det oppnådde innoverfallet. Kompenserer man for lite faller sykkelen for mye innover og deiser i bakken, kompenserer man for mye retter sykkelen seg opp og avbryter svingen for tidlig.

 

For å avbryte svingen styrer man litt ekstra innover, noe som avbryter innoverfallet, eller man gir gass, noe som også avbryter innoverfallet.

[Vipera]

Vil bare legge til en ting, sykkelen er bare stabil opp til en viss fart

[Arve Systad]

...men frå det punktet så er det vel luftmotstanden og underlag som vil spele ei så stor rolle at det har mykje å seie. I slike fysikk-oppgåver så ser vi vel for oss ein perfekt motorsykkel med tilnerma ingen luftmotstand og tilnerma ingen rullemotstand på underlaget.

[Mekker`n]

Som sagt tidligere her. Vinkelen på gaffelen vil gjøre at tyngdepunktet treffer foran senteret på hjulet. Dette kalles sleperadius.

Blir det samme som forhjula på en handlevogn. De vil stå bakover når du triller vogna fremover, du har tyngdepunktet foran hjulene. Du sleper hjulene etter vekta.

 

Hjulet vil tvinges til og søke rett framover jo fortere det går. Har vel noe med marktrykket man har på forhjulet, men da bør den også bli mer ustabil når man gir gass. Med mindre du legger deg ned og får vekta fremover.

 

Grunnen til at den blir stabil i det hele tatt er hvertfall utfomingen på gaffelen.

 

Sentrifugal kreftene i dekket vil vel også hjelpe til med og søke fremover.

[SeaLion]

Svinghjulseffekten kan man teste i et enkelt eksperiment. Skru av forhjulet på en trøsykkel. Hold det med begge hender i akselen. Mens hjulet står stille, forsøk å snu hjulet i lufta mot høyre og venstre. La derettter en kamerat sette hjulet i rotasjon. Prøv å snu hjulet mot høyre og venstre nå og kjenn forskjellen.

 

Svinghjulseffekten i hjulene er den viktigste for å stabilisere sykkelen, derfor vil en moped med store hjul oppleves som mer stabil enn en skuter med små hjul ved samme hastighet. De store hjulene går riktignok saktere rundt ved samme hastighet, men fordi hjulet er større og tyngre vil svinghjulseffekten likevel bli sterkere.

[Naranek]

Det blir feil å si at svinghjulseffekten er det viktigste. Dersom ikke det hadde vært for geometrien ville ikke forhjulet "visst" hvilken vei det skulle styre når sykkelen krenger mot den ene siden, eller forhjulet begynner å svinge av seg selv. Hvis sykkelen hadde krenget ville den bare veltet litt seinere enn den hadde gjort uten svinghjulseffekten, og hvis forhjulet hadde svingt hadde sykkelen blitt slengt i bakken i motsatt retning.

[Gjest Slettet-XHLacM]

Finnes det noen formler som kan illustrere dette?

[Ciryaher]

Jeg henger meg på SeaLion her. Prøv det han sa ang å holde i akselen på et hjul så merker du fort at denne kraften er enorm bare farten på hjulet er stor nok. Jeg er enig i at det er en grunn til at gaffelen på en sykkel er produsert slik den er, men uten gyrokreftene til hjulene tror jeg ikke den alene er nok.

 

Prøv å sykle sakte uten hendene på styret. Det er ganske vanskelig i motsetning til å sykle uten hendene på styret med litt fart. Gaffelen er den samme, men rotasjonen til hjulene er forskjellig.

[Naranek]

Jeg har fiklet med gyrokrefter selv (fikk speedometeret på en moped opp i 100 med høyttrykksspyler), men det gjør bare bevegelsene "seigere". Det hindrer den ikke i å velte.

Endret 29. august 2007 av Naranek

[Mar1us]

Det er ikke gyroeffekten som er hovedårsaken til at sykkelen tipper over, men den hjelper.

 

Hovedårsaken er at geometrien til sykkelen slik vi kjenner den i dag er selvopprettende. Dersom den lener seg mot høyre vil hjulet også svinge til høyre. Hjulet beveger seg under massepunktet og man kjører i en rett linje herfra igjen. Hvis du sykler ved siden av en annen, og trekker siden styret er på bakover, så vil sykkelen først hjulet komme nærmere deg, sykkelen tipper fra deg og retter seg selv opp slik at den har svingt bort fra deg.

 

Det er vanskelig å gi en generell formel da det henger sammen med høyden på massepunktet, bredden på hjulene, vinkelen på gaffelen, avstand mellom framhjul og bakhjul osv.

 

Gyroeffekten vil til en viss grad hindre tipping, men også til en viss grad hindre oppretting. Man tipper saktere før det retter seg opp.