[תופעת הפרצסיה] כיצד היא משפיעה על הרכב?

[efi_shams]

לאחרונה מנקרת בראשי שאלה מטרידה, בנוגע לאופן השפעת תופעת הפרצסיה על התנהגות הרכב בזמן נסיעה.

 

למי שאינו מכיר:

תופעת הפרצסיה מתרחשת בזמן סיבוב מסה סביב ציר קבוע, לדוגמא: גלגל מסתובב, או ג'יירו מכאני בפעולה.

כתוצאה מהשפעת כח המשיכה הגלגל ישאף לפנות (או לסחוף) לצד מסויים (תלוי בכיוון סיבוב הגלגל).

העקרון פשוט: כאשר הגלגל מסתובב סביב צירו פועל עליו כח המשיכה.

או ליתר דיוק, אם נחלק את קשת הגלגל למספר רב ביותר של נקודות, על כל אחת מהן פועל כח המשיכה.

בזמן סיבוב הגלגל סביב צירו, נקודה שהייתה בחלקו העליון של הגלגל, תהיה, לאחר פרק זמן קצר ביותר, במקום אחר, לדוגמא: רבע סיבוב אחרי.

כח המשיכה שמשך את אותה הנקודה מטה, מושך אותה כעת הצידה , ולכן נוצר אפקט הסיבוב = תופעת הפרצסיה.

אני מודע לכך שדי קשה להבין את התופעה משורות אלו, לכן צירפתי קישור לסרטון, המדגים את התופעה.

 

כדי להבין את התופעה לעומק, בניתי בעצמי מדגם הדומה לזה המופיע בסרטון , ונוכחתי לראות בעיניי ואף לחוש את התופעה.

 

ולשאלתי:

4 גלגלי הרכב מסתובבים באותו הכיוון.

כיצד ייתכן שהרכב אינו סוחף ימינה באופן קבוע (הגלגל שואף לפנות שמאלה, אך הרכב מתנגד מעצם היותו מסה, ולכן כיוון הכח הפוך) עפ"י עקרון הפרצסיה, המתרחשת בכל גלגל, ומוחשית בעיקר במהירויות גבוהות של נסיעה?

 

מצפה לפתוח דיון מרתק לתופעה מרתקת.

(אם יש צורך שאחדד ההסבר לתופעה - אשמח לעשות זאת).

 

אפי.

http://science.howstuffworks.com/gyroscope1.htm

[danniel]

תופעת הג'יירו מאוד מעניינת, אך השפעותיה על הרכב קטנות ביותר.

 

אל תשכח שבניגוד לגלגל ג'יירו, גלגלי הרכב נלחצים חזק לכביש ככוח משקל הרכב, ויש את כח החיכוך שמצטרף לנוסחה, עקב גלגול הצמיגים על הכביש.

 

זויות ההיגוי (זוויות פרונט)של המתלה הקדמי מתוכננות כך שיבטלו את כוח המשיכה הגלגלים לכל כוון. ז"א כל גלגל נוטה למשוך את הרכב לכוון מנוגד לשני, בכוח שווה,וכך הרכב שומר על הכוון הישר.

 

את תופעת הג'יירו אפשר להרגיש כל פעם שאתה רוצה להפנות את הרכב לכוון מסויים במהירות גבוהה, ההגה קשה לסיבוב. ככל שמהירות הרכב גדלה קשה יותר לשבור את כח ההתמדה של הגלגלים להמשיך ולהסתובב ישר.

[efi_shams]

תופעת הג'יירו מאוד מעניינת, אך השפעותיה על הרכב קטנות ביותר.

 

אל תשכח שבניגוד לגלגל ג'יירו, גלגלי הרכב נלחצים חזק לכביש ככוח משקל הרכב, ויש את כח החיכוך שמצטרף לנוסחה, עקב גלגול הצמיגים על הכביש.

 

זויות ההיגוי (זוויות פרונט)של המתלה הקדמי מתוכננות כך שיבטלו את כוח המשיכה הגלגלים לכל כוון. ז"א כל גלגל נוטה למשוך את הרכב לכוון מנוגד לשני, בכוח שווה,וכך הרכב שומר על הכוון הישר.

 

את תופעת הג'יירו אפשר להרגיש כל פעם שאתה רוצה להפנות את הרכב לכוון מסויים במהירות גבוהה, ההגה קשה לסיבוב. ככל שמהירות הרכב גדלה קשה יותר לשבור את כח ההתמדה של הגלגלים להמשיך ולהסתובב ישר.

בהתאם לתופעת הפרצסיה, כל הגלגלים נוטים למשוך לאותו הכיוון, כיוון שכולם מסתובבים באותו הכיוון.

 

אתה מבלבל בין תופעת הפרצסיה לבין תופעת היציבות, הגורם להגה להיות קשה יותר, כאשר הגלגל נע סביב צירו במהירות!

תופעת הפרצסיה גורמת לציר הגלגל לנוע במימד נוסף. הבט שוב בסרט והתמקד בכך שהגלגל מתחיל להסתובב בציר נוסף (=פרצסיה). התעלם מכך שהגלגל נשאר ניצב, ולא נופל (=יציבות).

[danniel]

הגלגלים ברכב לא 'תלויים' כמו בסירטון, אלא ממוסבים במרכזם (תלויים בשני הצדדים). כך שאין להם כח משיכה לשום כוון, חוץ מלהמשיך להסתובב ישר. כמו כן פרופיל הצמיג הלחוץ לכביש נותן את הכוון הכללי.

 

זוויות ההיגוי מתוכננות לתת לכל גלגל כוון , הגלגל השמאל ישאף שמאלה וגלגל ימני ישאף ימינה. וכך הרכב ממשיך בקו ישר.

[efi_shams]

הגלגלים ברכב לא 'תלויים' כמו בסירטון, אלא ממוסבים במרכזם (תלויים בשני הצדדים). כך שאין להם כח משיכה לשום כוון, חוץ מלהמשיך להסתובב ישר. כמו כן פרופיל הצמיג הלחוץ לכביש נותן את הכוון הכללי.

 

זוויות ההיגוי מתוכננות לתת לכל גלגל כוון , הגלגל השמאל ישאף שמאלה וגלגל ימני ישאף ימינה. וכך הרכב ממשיך בקו ישר.

הגלגלים אמנם אינם תלויים, אך כח המשיכה פועל עליהם בהחלט!

למרות שפרופיל הצמגיג לחוץ על הכביש, הכח עדיין קיים.

כמובן שהכח פרופורציונלי למהירות הסיבוב של הגלגל סביב צירו ולמסת הגלגל, כך שבמהירויות גבוהות הכוח כן אמור להיות מורגש.

 

ושוב, הגלגל השמאלי שואף שמאלה, וכך גם הגלגל הימני, משום ששניהם סובבים באותו הכיוון.

עצם העובדה שהם מוצבים כל אחד בצד שונה ברכב לא גורם לכוח הפרצסיה לפעול בכיוון שונה!

הוכחה לכך:

אם היה ברכב גלגל חמישי, שמקומו היה במרכז הציר הקימי - גם הוא היה שואף לאותו הכיוון!

מיקום הגלגל (=המסה הסובבת) אינו משפיע על כיוון כח הפרצסיה.

 

עצה:

אם יש בסביבבתכם אופניים, נסו להרים את הציר הקדמי באוויר ולסובב את הגלגל הקדמי במהירות גבוהה, ומייד לאחר מכן לאזן את האופניים למרכז (השאירו את האופניים מבצב אופקי).

תוכלו לשים לב שכידון האופניים נוטה שמאלה, אם סובבתם את הגלגל לכיוון נסיעה קדמי, וימינה, אם סובבתם את הגלגל לכיוון נסיעה לאחור.

[danniel]

כנראה שפספת משהו בהבנת התופעה. הגלגל מסתובב סביב נקודת צירו בגלל נקודת התלייה שלו שהיא בקצה אחד של הציר.

 

זה עקרון הג'יירו. שהגלגל ימשיך 'להצביע' על הכוון הראשוני בו הוא סובב.

[efi_shams]

כנראה שפספת משהו בהבנת התופעה. הגלגל מסתובב סביב נקודת צירו בגלל נקודת התלייה שלו שהיא בקצה אחד של הציר.

 

זה עקרון הג'יירו. שהגלגל ימשיך 'להצביע' על הכוון הראשוני בו הוא סובב.

נכון מאד.

הסיבה שתלו את הגלגל רק בנקודה אחת היא כדי לאפשר לו להסתובב כדי להמחיש את הניסוי.

אם היו קושרים אותו משני הצדדים לא היית רואה את הכח הפועל עליו, כתוצאה מהפרצסיה.

 

אין צורך שתסביר לי את התופעה, אני מדריך אותה ביומיום במערכות אויוניקה של מטוסי קרב ומערכות ניווט, בהן יש ג'ירויים.......

[danniel]

אז לא הבנתי את שאלת המקורית.....אם גלגל הרכב תלוי בשני צדדיו מדוע שישאף לסחוף לאיזשהו כוון?

[efi_shams]

אז לא הבנתי את שאלת המקורית.....אם גלגל הרכב תלוי בשני צדדיו מדוע שישאף לסחוף לאיזשהו כוון?

כדי להבין את התופעה, צריך להבדיל אותה מתופעת ההתמדה, הנראית בסרטון.

תופעת ההתמדה גורמת לגלגל להישאר אנכי באוויר, למרות שהוא תלוי רק בקצהו האחד של הציר.

את התופעה כולנו מכירים מקשיחותו של ההגה, כאשר אנו נוהגים במהירות גבוהה (ואני לא מתכוון לפרוגרסיביות של מערכת תגבור ההגה).

דוגמא לכך: מישהו פעם ניסה להזיז גלגל אופניים בזמן שהוא סובב סביב צירו, כשאנו אוחזים בשני צידי הציר?.

זאת אינה התופעה הנקראת פרצסיה.

 

אז מהי פרצסיה?

בצפיה חוזרת בסרטון ניתן להבחין כי בנוסף לכך שהגלגל סובב סביב צירו המתכתי, הוא מסתובב גם סביב החוט התלוי. זהו כח אופקי, הנוצר כתוצאה מכח המשיכה.

 

אם כך, מדוע הגלגל מקבל כח צידי אם פועל עליו כח המשיכה, שכיוונו מטה?

אם ננסה לחלק את היקף הגלגל לאלפי חלקים קטנים, שעל כל אחד מהם פועל כח המשיכה, יתרחש הדבר הבא:

כאשר אנו מביטים ועוקבים אחר הנקודה שנמצאת באופן רגעי בקצהו העליון של הגלגל, כח המשיכה פועל עליה כלפי מטה.

אך זמן מועט לאחר מכן, כשהיא תסיים להשלים רבע סיבוב, יפעל עליה אותו כח משיכה, אך בכיוון אחר יחסית אליה (היא ביצעה rotate ב- 90 מעלות).

בנוסף, היא עדיין נושאת עימה את השפעת וקטור כח המשיכה "הישן", שפעל עליה כשהיא הייתה בקצהו העליון של הגלגל, ולכן כיוונו של הכח "הישן" גם כן הוסט ב-90 מעלות, כך שעכשיו כיוונו שונה! (כבר לא כלפי הקרקע).

כתוצאה מכח זה סובב הגלגל סביב החוט.

[חיים_k]

ולשאלתי:

4 גלגלי הרכב מסתובבים באותו הכיוון.

זהו שלא. הגלגלים הימניים מסתובבים בכיוון השעון (בנסיעה קדימה) והשמאליים נגד כיוון השעון.

תופעות הנקיפה (פרסציה) בגלגלים הימניים והשמאליים מבטלות זו את זו.

[danniel]

עובדה מס1. בדקתי באופניים שלי-----לא פנה לשום כוון עד שלא נתתי זווית הטייה לגלגל.

 

 

עובדה מס2. הרכב לא סוטה הצידה שמאלה אלא ממשיך ישר, כך שכנראה שכוחות פרצסיה לא פועלים או זניחים על גלגלי הרכב.

 

אולי אתה תוציא אותנו מהאפלה אל האור בנושא זה ?

[חיים_k]

עובדה מס1. בדקתי באופניים שלי-----לא פנה לשום כוון עד שלא נתתי זווית הטייה לגלגל.

 

 

עובדה מס2. הרכב לא סוטה הצידה שמאלה אלא ממשיך ישר, כך שכנראה שכוחות פרצסיה לא פועלים או זניחים על גלגלי הרכב.

 

אולי אתה תוציא אותנו מהאפלה אל האור בנושא זה ?

באופניים שלך זה לא קרה מכיוון שציר הגלגל הוא סימטרי, כלומר נתמך משני צידיו. אולי עם ציר חד צידי הית רואה משהו.

 

כפי שכתבתי קודם, התופעה מבטלת את עצמה בין צד ימין לשמאל.

 

בכל מקרה מדובר בתופעה די זניחה יחסית ליתר הכוחות שפועלים על הגלגל. דוגמה טובה - אופנועים (ובמיוחד אלה עם הזרוע החד צידית - דוקאטי, ב.מ.וו) - אם התופעה היתה משמעותית הם לא היו מצליחים לנסוע בכלל.

[efi_shams]

זהו שלא. הגלגלים הימניים מסתובבים בכיוון השעון (בנסיעה קדימה) והשמאליים נגד כיוון השעון.

תופעות הנקיפה (פרסציה) בגלגלים הימניים והשמאליים מבטלות זו את זו.

טעות.

גלגלי הרכב מסתובבים באותו הכיוון. זה שאתה רואה את הגלגל הימני מצידי הימני ואת הגלגל השמאלי מצידו השמאלי - אין זה אומר שהם מנוגדים בכיוון תנועתם.

וכפי שכבר הקצנתי: אילו היה מותקן גלגל שלישי על הציר הציר הקידמי, שמיקומו היה באמצע - לאן הוא היה מסתובב, לפי טענתך? בהחלט שלא "לאמצע".

[efi_shams]

בכל מקרה מדובר בתופעה די זניחה יחסית ליתר הכוחות שפועלים על הגלגל. דוגמה טובה - אופנועים (ובמיוחד אלה עם הזרוע החד צידית - דוקאטי, ב.מ.וו) - אם התופעה היתה משמעותית הם לא היו מצליחים לנסוע בכלל.

בהחלט נכון.

הכח זניח יחזית, אך הוא עדיין קיים, בעיקר במהיריות גבוהות (כח הפרצסיה פרופורציונלי למהירות המסה הסובבת סביב צירה ולגודל המסה גם כן).

מערכת ההיגוי צריכה להיות מאוזנת ביותר, וכל סחיפה קלה בעת נסיעה בקו ישר מורגשת.

כיצד הדבר מסתדר?

[חיים_k]

בהחלט נכון.

הכח זניח יחזית, אך הוא עדיין קיים, בעיקר במהיריות גבוהות (כח הפרצסיה פרופורציונלי למהירות המסה הסובבת סביב צירה ולגודל המסה גם כן).

מערכת ההיגוי צריכה להיות מאוזנת ביותר, וכל סחיפה קלה בעת נסיעה בקו ישר מורגשת.

כיצד הדבר מסתדר?

אני חוזר ואומר בפעם השלישית, התופעה מבטלת את עצמה ולכן לא רלוונטית. אם כתוצאה מהנקיפה הגלגלים הימניים יוצרים מומנט סביב ציר Z בכיוון מסויים, הגלגלים השמאליים יוצרים מומנט הפוך שמבטל אותו. מבחינת מערכת ההיגוי העניין שקוף לחלוטין.

 

לכן גם כל הדיון, למרות העניין התאורטי שבו, חסר משמעות.