כוח ה-G

[pug 206 xs]

לגבי רכבים שעוברים את ה G 1 בסיבוב, זה לא קשור לאוירודינמיקה?

 

כלומר למערכת הספויילרים שמצמידה את הרכב לקרקע?

 

החיכוך גדל (כי בעצם המסה שמופעלת על הצמיגים עולה), אבל הכוח הצנטריפטלי לא גדל (כי מסת הרכב זהה).

 

יובל.

[Lotus Omega]

אם נרצה לדייק יותר, אז הכוח שאתם מכנים כוח G, מסומן בפיזיקה כ-a, משמע Acceleration

כמובן. ה-g (קטן) מסתמן בפיזיקה ככוח הכובד המשתנה מכוכב לכת לאחר, על כדור הארץ הוא כ - 9.81 ומסתמן ב-m\s^2.

 

אכן הכוח הצנטריפוגלי הוא כוח מדומה.

ואכן סכום כוחות בציר בתנועה מעגלית שווה ל- Mv^2/R והוא שונה מסכום כוחות בציר בתנועה רגילה - ma.

אך הכוח הצנטרפוגלי הוא לא כוח הריאקציה של סכום הכוחות ובהם התאוצה הראדיאלית במעגל?

הכוח הפועל על גוף (מכונית לצורך העניין) בסיבוב, בציר ה-X (אם מגדירים מישור קורדינטות - X אופקי, Y אנכי) הוא כוח התאוצה הראדיאלית. האם כוח החיכוך f פועל על ציר X?

זה לא היגוני לי משום שלכוח החיכוך יש קשר בלתי נפרד עם הכוח הנורמאלי N, שפועל אנכית למישור, בציר Y. לכן הנוסחא - f=μ·N

 

גם אם כן, זה לא צריך לשנות את העובדה שהכוח הצנטריפוגלי הוא כוח הריאקציה (מהחוק השני של ניוטון - לכל כוח יש ריאקציה) של הכוחות הפועלים על הגוף כלפי מרכז המעגל?

 

אני אשמח לקבל תשובה, נושא זה מעסיק אותי זמן מה...

 

אמנון, שלמד לבד את החומר לבגרות בפיזיקה לפני שבוע וקצת בגלל שהמורה שלו לא צריך להחשב כמורה במדינת ישראל

החיכוך הוא בעצם פונקציה של N ופה N מסמן את הכוח שכדוה"א מפעיל על הגוף (ולא להפך כמו שנהוג לחשוב!) להלן, המשקל שלו ,כתגובה לmg (הכוח שהגוף מפעיל על כדוה"א!).

 

זה מה שאני יכול להסביר, אם אתה רוצה עוד הסברים, אנא שאל, ואני אנסה לענות על הצד הטוב ביותר.

 

אור.

[Rallyer]

טוב, במחשבה שנייה, כוח החיכוך f כן פועל על ציר X מכיוון שהוא משפיע על התנועה בציר זה.

 

 

 

אך התיאוריה נשארת אותה התיאוריה:

הכוח הצנטריפוגלי הוא כוח ריאקציה לסכום הכוחות בכיוון פנים המעגל בציר התנועה X במישור קורדינטות שפועל על גוף אשר נמצא בתנועה מעגלית.

 

אני טועה? אשמח להארות.

[Rallyer]

החיכוך הוא בעצם פונקציה של N ופה N מסמן את הכוח שכדוה"א מפעיל על הגוף (ולא להפך כמו שנהוג לחשוב!) להלן, המשקל שלו ,כתגובה לmg (הכוח שהגוף מפעיל על כדוה"א!).

 

זה מה שאני יכול להסביר, אם אתה רוצה עוד הסברים, אנא שאל, ואני אנסה לענות על הצד הטוב ביותר.

 

אור.

הכל טוב ויפה ונכון אבל לא קשור לשאלה שלי..

כוח N הוא כוח ניטרלי, כוח ריאקציה, שהמשטח שעליו הגוף נמצא מפעיל על הגוף.

במקרה שלנו הכביש מפעיל כוח N על הרכב.

 

השאלה שלי, שהיא לא כ"כ שאלה, נמצאת בהודעה שלי מס'. 18

[נהג רגוע]

הצמיגים צריכים להחזיק את השקול של כל הכוחות הפועלים על הרכב. חלק מאחיזת הכביש מופנה כדי להעביר את כוח המנוע או הבלמים לכביש, והחלק הנותר מופנה כדי לאפשר יכולת פניה. כוחות בלימה והאצה פועלים קדימה/אחורה וכוחות לביצוע פנייה פועלים ימינה/שמאלה.

 

מבט מלמעלה על הרכב, מראה שיש להשתמש במשפט פיתגורס כדי למצוא את הכוח השקול המחושב לפי כוח צידי בריבוע ועוד כוח אורכי בריבוע , ובסוף להוציא שורש.

 

יותר תאוצה/בלימה יתבטא בפחות יכולת סיבוב , לאותו רגע.

 

אחיזת הכביש המקסימלית היא כמובן, הכוח המצמיד את הרכב לכביש מוכפל במקדם החיכוך שישנו בין סוג הגומי של הצמיג לסוג האספלט.

הכוח המצמיד הוא פשוט משקל הרכב, ואם יש ספויילרים מתווספת אליו ההצמדה של כוח העילוי (שנוצר מהכנף ההפוכה.)

אם כוח ההצמדה שווה ל10% ממשקל הרכב, יש לך אחיזה של 110% במקום ה 100% הרגיל.

אם במהירויות גבוהות מאוד (פורמולה אחת) יש כוח הצמדה של 250% אז יש לך אחיזה של 350%.

 

שיפור כוח החיכוך (ע"י צמיגים או כנף) ב 21% ייתן לרכב יכולת לפתח מהירות בסיבוב שגבוהה ב10% בלבד מאשר קודם. (כפי שהוזכר ע"י אחרים, הכוח הדרוש לביצוע סיבוב תלוי במהירות הרכב בריבוע. הגדלתה ב 10% תצריך חיכוך גדול ב 21%)

[Rallyer]

מבט מלמעלה על הרכב, מראה שיש להשתמש במשפט פיתגורס כדי למצוא את הכוח השקול המחושב לפי כוח צידי בריבוע ועוד כוח אורכי בריבוע , ובסוף להוציא שורש.

שקול הכוחות הוא ווקטור, מפני שיש כוחות בשתי צירים (הוגדרו כ- [X,Y]).

יש תאוצה ראדילית לכיוון אחד, מהירות משיקית לכיוון של 90 מהתאוצה הראדיאלית, לכן קיים ווקטור.

 

אחיזת הכביש המקסימלית היא כמובן, הכוח המצמיד את הרכב לכביש מוכפל במקדם החיכוך שישנו בין סוג הגומי של הצמיג לסוג האספלט.

הכוח המצמיד הוא פשוט משקל הרכב, ואם יש ספויילרים מתווספת אליו ההצמדה של כוח העילוי (שנוצר מהכנף ההפוכה.)

אם כוח ההצמדה שווה ל10% ממשקל הרכב, יש לך אחיזה של 110% במקום ה 100% הרגיל.

אם במהירויות גבוהות מאוד (פורמולה אחת) יש כוח הצמדה של 250% אז יש לך אחיזה של 350%.

זה אחלה הסבר שנובע מהנוסחא f=μ·N כאשר f הוא כוח החיכוך (Friction), המשתנה μ הוא מקדם החיכוך שבין זוג החומרים, ו-N הוא הכוח הניטרלי שהכביש מפעיל, שהוא שווה למשקל כפול התאוצה הכובדית, מפני שהכוח פועל בציר Y, ובו אין תנועה, אז קיים חוק ראשון של ניוטון, כך ש- N=ma. כמובן ש- a במקרה זה הוא g.

 

(מצטער אם ההודעה לא מועילה כ"כ).

[Lotus Omega]

זה אחלה הסבר שנובע מהנוסחא f=μ·N כאשר f הוא כוח החיכוך (Friction), המשתנה μ הוא מקדם החיכוך שבין זוג החומרים, ו-N הוא הכוח הניטרלי שהכביש מפעיל, שהוא שווה למשקל כפול התאוצה הכובדית, מפני שהכוח פועל בציר Y, ובו אין תנועה, אז קיים חוק ראשון של ניוטון, כך ש- N=ma. כמובן ש- a במקרה זה הוא g.

 

(מצטער אם ההודעה לא מועילה כ"כ).

זה מה שניסיתי להסביר, מצתטער הסברים זה לא הצד החזק שלי (יש לי הקלות! אני אראה לך )

 

 

אור.

[Sefi]

בוא נגיד את זה ככה. ככל שנפעיל כוח יותר גדול על המשטח (במיקרה שלנו הכביש) אז הכוח N (כוח נורמל) יגדל בהתאם, ולכן גם החיכוך יגדל, ולכן גם המקסימום של התאוצה המרכזית. זה בעצם ניקרא "אחיזה". ניתן להגדיל את הכוח על המשטח ע"י תוספת מסה או כוח מכני, למשל של המנוע (שמועבר לגלגלים)

[נהג רגוע]

אמנון, אתה אמנם יודע פיזיקה, אבל עשית בלגן עם כל המונחים והצירים.

 

מה זה X,Y ?

יש שלושה צירים, לא שניים.

בוא נקרא לציר האנכי z , לאורכי x (או משיקי) ולרוחבי Y (או רדיאלי)

אתה לא יכול לערבב בין מהירות משיקית לתאוצה רדיאלית.

אני דיברתי על שקול בין כוחות (או תאוצות).

שניהם פועלים באותו מישור.

החיכוך תלוי בכוח הנורמלי (נורמל=ניצב) שפועל בניצב למישור הפעולה של הכוחות שהזכרתי.

כל מה שדיברנו עליו הם ווקטורים.

 

יכול להיות תנועה בכיוון Z (אנכי) על המתלים, ולכן אם הכביש גלי, הרכב עולה מעט מעל מצבו הרגיל, והלחץ על הצמיגים קטן (לרגע יש לו פחות אחיזה והוא מסתובב בקשת רחבה מידי) ואז הרכב יורד מעט מתחת למצבו הרגיל (ואז יש לו לרגע אחיזה מצוינת, עד כדי סכנת התהפכות רגעית)

[Rallyer]

נהג רגוע, אכן קצת בילבלתי עם הצירים, אז הנה;

 

בציטוט הראשון, צירים X,Y הם הצירים של המישור האופקי, בלי היבט על הגובה.

 

בציטוט השני, ציר Y מייצג את הגובה.

 

יכול להיות תנועה בכיוון Z (אנכי) על המתלים, ולכן אם הכביש גלי, הרכב עולה מעט מעל מצבו הרגיל, והלחץ על הצמיגים קטן (לרגע יש לו פחות אחיזה והוא מסתובב בקשת רחבה מידי) ואז הרכב יורד מעט מתחת למצבו הרגיל (ואז יש לו לרגע אחיזה מצוינת, עד כדי סכנת התהפכות רגעית)

אכן. המצב שתיארתי הוא במצב האידאלי שאין שינוי בציר Z.

יש שלושה מקרים:

1. המקרה שתיארתי - אין שינוי בגובה: N=mg

2. שינוי כלפי מטה - המתלים "יורדים"; מהחוק השני של ניוטון נובע שהכוח הנורמלי גדול יותר, ולכן יותר אחיזה (לאו דווקא בסיבוב, יכול להיות מצב של תת היגוי, אבל זה היבט אחר).

3. שינוי כלפי מטה - המתלים "מתרוממים"; מהחוק השני של ניוטון נובע שהכוח הנורמלי קטן יותר, ולכן קיימת פחות אחיזה.

[Moti - Miata R]

לגבי רכבים שעוברים את ה G 1 בסיבוב, זה לא קשור לאוירודינמיקה?

 

כלומר למערכת הספויילרים שמצמידה את הרכב לקרקע?

 

החיכוך גדל (כי בעצם המסה שמופעלת על הצמיגים עולה), אבל הכוח הצנטריפטלי לא גדל (כי מסת הרכב זהה).

 

יובל.

ממש לא בהכרח.

דוגמא מצויינת תהיה מכונית קארטינג שיש לה יכולת אוירודינמית מפוקפקת משהו אבל צמיגי סליקס מלאים... כל קארט הכי מסריח אוחז הרבה יותר מ-G שלם.

 

אין שום חובה שלשם רמת אחיזה של G שלם ומעלה מכונית תהיה חייבת להעזר בעזרים אוירודינמיים.

 

אגב, למרות שאני ממש לא הבנאדם הנכון לשאול על משוואות פיזיקליות מסוג זה, אני מאבחן התעלמות ברורה של כל הדוברים שכן יודעים את אותן המשוואות מפרמטר חשוב מאוד - סוג המשטח עליו מבוצעת המדידה!

 

עפר יאחוז הרבה פחות מאספלט בכל מקרה שהוא, אבל מכונית שאוחזת G שלם על אספלט בד"כ מסוגלת לאחוז יותר מזה על משטח מבטון כמו אלה של מסלולי טיסה.

במכונית מירוץ של חבר שלי שאוחזת 1.07G על אספלט נמדדו מספרים באזור ה-1.3G על בטון של מסלולי טיסה בג'ימקאנה שנערכה בבסיס של חה"א האמריקאי ...

 

מוטי.

[Rallyer]

אגב, למרות שאני ממש לא הבנאדם הנכון לשאול על משוואות פיזיקליות מסוג זה, אני מאבחן התעלמות ברורה של כל הדוברים שכן יודעים את אותן המשוואות מפרמטר חשוב מאוד - סוג המשטח עליו מבוצעת המדידה!

מוטי.

למה אתה סתם משמיץ? הרבה פה התייחסו לפרמטר הזה, שהוא בעצם החיכוך.

בפיזיקה קיים פרמטר חיכוך שמסומן באות היוונית μ (מס' 12 באלף בית היווני) הנקראת מיו. הערך של μ קבוע ביחס לזוג החומרים שביניהם קיים הקונטאקט, המגע. קיים ערך μ מסויים בין גומי לבין אספלט\כורכר\שלג\כל משטח אחר.

הפרמטר הזה נכנס למשוואה של החיכוך הכללי שהוא כוח בפני עצמו ומתחשבים בו בחישובי כוחות (אלא אם כן הוא ירד במיקוד ). המשוואה היא אותה משוואה שכתבתי פה כבר מספר פעמים: f=μ·N.

f הוא כוח החיכוך הכללי, μ כאמור מקדם החיכוך, N הוא הכוח הנורמאלי והדרך שבא הוא נקבע כבר נכתבה פה בשרשור באחת ההודעות ההזויות שלי שם.

[elad1299]

הכל טוב ויפה, אבל אתם מתייחסים להכל בצורה שהיא דיי שחור על גבי לבן, בגלל זה רובכם(לא אמרתי כולכם), וזה כולל אותי, יושבים מול המסך פה ולא מול אוטוקאד בקבוצת הפורמולה 1 של רנו.

אתם שוכחים פה הרבה מאוד דברים... דבר ראשון - כמו שאמרו כאן, רכב הוא לא גוף נקודתי, הוא גוף קשיח, ובעל נפח.

עכשיו תתחילו לחשב נקודת מרכז כובד במע' צירים תלת מימדית, כמו כן, ע"פ נקודות המשקל המרכזיות ברכב תנסו להזיז את נקודת שיווי המשקל ע"פ התאוצות וכו'.

החיכוך תמיד יהיה בניגוד לכיוון התנועה דהיינו - בתנועה קדימה הווקטור של החיכוך יהיה לכיוון אחורה.

בתנועה צידית של הגלגלים(בלי תנועה קדימה) הווקטור כמובן יהיה בכיוון הנגדי. כך שבעת פניה הווקטור השקול של החיכוך יהיה החוצה מכיוון הסיבוב ועם משיכה אחורה.

איני מתיימר לדעת את כל התשובות, אני רק סיימתי תיכון לפני שבוע למען השם, וחוץ מספי אין לאף אחד כאן אקסטרה השכלה פיזיקלית, אז אני מבקש מכולם - סתמו את הפה אם אתם לא יודעים, ואתם לא יודעים, אז סתמו, אני יעשה כנ"ל.

 

שלד

[slavochk]

השכלתי היא מהנדס חשמל (כמו ספי), כך שידע תיאורטי בפיזיקה יש בנמצא.

אין לי ידע עמוק בהנדסת מכונות או מכניקה יותר מבסיסית, אבל אנסה לעשות סדר בבלגן השורר כאן.

 

ראשית, על גוף בעל מסה פועל כח הכבידה, ואם הוא צמוד לקרקע - פועל הכח הנורמלי, כך ששקול הכוחות בכיוון האנכי הוא אפס (אחרת היינו חודרים לתוך הקרקע בגלל הכבידה).

 

כתלות בכח הנורמאלי ובמשטח, יכול לפעול חיכוך על הגוף. הנח ידך על משטח בעדינות ונסה להזיזה. כעת לחץ בחוזקה את ידך כלפי המשטח, הכח הנורמאלי גדל, ויהיה קשה יותר להתחיל ולהזיז את היד. נסה על משטחים שונים (לא נייר שיוף/אספלט) ותרגיש הבדל במקדמי החיכוך.

שים לב לדבר נוסף - מרגע שהפעלת מספיק כח להזיז את היד, דרוש כח נמוך מזה להמשיך ולהזיזה. ברוב המשטחים הדבר כך - מקדם חיכוך סטטי גבוה מהדינמי.

 

כעת - למכונית בסיבוב. כל גוף בתנועה מעגלית צריך שיפעל עליו כח בכיוון מרכז הסיבוב. קשור אבן לחוט וסובב. האם אתה מפעיל כח בכיוון מרכז הסיבוב או כלפי חוץ? התשובה ברורה - כלפי פנים.

כידוע לנו, אין חוט קשור לרכב, וגם לא מנועים רקטיים. רק הצמיגים מפעילים את הכח הנדרש, כח זה הוא חיכוך, ולכן החיכוך מופעל פנימה לכיוון מרכז הסיבוב, ולא להיפך. כאשר לכביש זוית באיזור הסיבוב, חלק מכח הכבידה יצטרף לכח החיכוך, אבל הכח הנורמאלי יפחת (משמעות הדבר - בהמשך)

 

נחבר הכל יחד. לרכב בסיבוב נדרש כח צנטרפיטלי בהתאם לרדיוס הסיבוב, מהירות ומשקל הרכב. נזניח את נושא היותו גוף צפיד ולא נקודתי, גם כך הדבר מורכב.

מן האמור, ברור כי כח זה מופעל ע"י הצמיגים. הכח המקסימלי שהצמיגים יכולים להפעיל בלי החלקה, הוא מכפלת הכח הנורמאלי במקדם החיכוך. כל עוד הכח הנדרש לא עבר ערך זה, המצב תקין. ברגע שרדיוס הסיבוב מצריך כח גדול יותר מהחיכוך הסטטי המקסימלי, הצמיגים "לא יחזיקו", ובעת ההחלקה הכח שיוכלו להפעיל יקטן משמעותית. (תת/יתר היגוי, תלוי מי הגלגל הראשון שיאבד אחיזה, ויעבור מחיכוך סטטי בכיוון הצידי לחיכוך דינמי)

 

הערה: כח צנטרפוגלי הוא כח מדומה. הוא נוח לחישובים במערכות יחוס שונות.

מקווה שהייתי ברור מספיק.

לילה טוב, גלעד

[shellcase]

אני אנסה לתת את ההסבר הכי פשוט - בלי משוואות

אם אני לא טועה

כח ג'י זה בעצם לחץ שמופעל על הגוף שלך.

ובעצם משקל הגוף שלך (לא המסה, המשקל) עולה יחד עם ה'גי

אם אני זוכר נכון כאשר מופעל עליך לחץ של נגיד 4 ג'י, אז בעצם אתה מרגיש כאילו אתה שוקל פי 4 ממשקלך...

 

אתם מוזמנים לתקן אותי - כי למרות שיש לי 95 בפיסיקה אני לא בדיוק מומחה..