Vai vēlaties vadīt 5 tonnu automašīnu un izmēģināt šo gravitācijas triku? Noteikti saproti fiziku.
MILZĪGAS KRAVAS AUTOMOBIĻI Var pieņemt, ka tā ir vienkārši kravas automašīna ar milzīgām riepām. Tomēr nē! Šīm kravas automašīnām ir milzīga jauda. Viņiem ir iespēja lielīties, lēkt un braukt ar ritenīšiem. Viņi pat var veikt gaisa apgriezienus. Monster Jam pasaules finālsacensībās XVIII kravas automašīna Mad Scientist veica neticamu, pirmo reizi priekšējo apgriezienu, pēc kura tā tika apgriezta atpakaļ. ko?!
Šī ir lieliska iespēja apspriest priekšējās un aizmugures sitienu fiziku. Tikai gadījumā, ja jūs kādreiz atradīsiet sev kontroli pār monster truck, jūs zināt.
Apspriediet griezes momentu
Sākšu ar apgriešanu atpakaļ, jo tas acīmredzami ir vienkāršāk. Kā panākt, lai transportlīdzeklis pilnībā apgāztos? Jums jāpieliek griezes moments. Kas pie velna tas ir? Griezes moments ir līdzīgs spēkam, tomēr atšķirīgs. Kamēr griezes momenti maina objekta rotācijas kustību, spēki ir mijiedarbība, kas maina objekta lineāro kustību. Griezes moments ir tas, ko es saucu par “rotācijas spēku”.
Jūsu ātrajam eksperimentam tas ir šeit. Paņemiet zīmuli un novietojiet to uz galda. Tagad nospiediet pirkstu zīmuļa vidū. līdzīgs šim
Ar bultiņu, kas norāda spēku attēlojošā sarkanā punkta virzienā vertikāla dzeltena taisnstūra centrā,
Jā, zīmulis patiešām ir vienkāršs, bet tas joprojām darbosies. Zīmulis pārvietosies ātrāk pa kreisi, ja nospiežat to vidū (pieņemot, ka berzes spēks ir niecīgs). Spēki rīkojas šādi.
Spēks radīs griezes momentu, jo tas nedarbojas masas centrā. Palielināsies gan zīmuļa paātrinājums, gan rotācijas ātrums. Tie ir griezes momenti. Griezes momenta lielumu nosaka divi faktori: (1) jūsu pieliktā spēka apjoms; un (2) griezes momenta plecu attālums (r) no masas centra. Lielāks griezes moments tiek radīts, spiežot tālāk no centra. (Labi, tāpēc griezes moments ir atkarīgs arī no leņķa starp spēku un objektu; tomēr pagaidām darīsim lietas skaidrāk.)
Kā tas attiecas uz monstru kravas automašīnām? Lai veiktu apgriešanu atpakaļ, ir nepieciešams griezes moments. Transportlīdzeklis mainīs savu rotācijas kustību griezes momenta dēļ, griežoties no horizontālā stāvokļa. Lai paceltu autoiekrāvēju no zemes, ir nepieciešams arī uz augšu vērsts stumšanas spēks; pretējā gadījumā tas vienkārši ripos pa zemi, un neviens nemaksās par to skatīties.
Populārākais veids, kā sākt atgriešanos, ir izmantot ārkārtīgi stāvu rampu. Spēks (Ff), kas spiež uz kravas automašīnas priekšējām riepām, kad tas paceļas pa rampu, izraisīs griezes momentu pretēji pulksteņrādītāja virzienam ap kravas automašīnas masas centru. Iespējams, noderīga ir zemāk redzamā diagramma
zils taisnstūris ar riteni uz rampas un uz leju vērstu bultiņu vidū
Šajā gadījumā griezes momentu ietekmē arī spēks, kas nāk no aizmugurējām riepām (Fb). Transportlīdzeklis paātrina lēcienu, spiežot pret šo berzes spēku starp riepām un zemi. Arī priekšējās riepas piedzīvotu berzes spēku, bet es to izlaidu, jo tās ātri zaudēs kontaktu ar rampu. Gravitācijas spēka lejupvērstā bultiņa ir attēlota arī diagrammā. Lai gan tas atrodas masas centrā, tam nav griezes momenta radīšanas efekta.
Kad iekrāvējs ir pacēlies, nekādi ārējie griezes momenti nedrīkst izraisīt tā griešanos citādāk. Bet, tā kā tas sāka griezties pretēji pulksteņrādītāja virzienam, tas turpina griezties gaisā. Vienīgais, kas vēl ir redzams, ir tas, vai tas pirms nolaišanās atgriezīsies stāvoklī, kas ir nolaists. Ja nē, tad šīs kravas automašīnas ir radītas, lai tās varētu dabūt. Tāpēc viņi ir monstri.
Padomi riteņa vilkšanai
Lai varētu veikt priekšējo apgriešanu, jums ir jāapgūst riteņi, kas ietver braukšanu ar priekšējiem riteņiem no zemes. Kā tas darbojas? Lai sāktu, šeit ir vēl viena spēka diagramma:
Kravas automašīna ir stabila šajā stāvoklī; rotācijas nav. Gravitācijas spēks turpina darboties masas centrā. Lai gan masas centrs nav vieta, kur tiek iedarbināts spēks no zemes, jums jāņem vērā, ka, ja jūs pagarinātu līniju no šīs bultiņas, tā iet tieši caur masas centru. Tā kā šim spēkam ir arī nulles griezes momenta plecs, tas nevar radīt griezes momentu.
Bet pagaidi. Kāpēc sauszemes spēki rāda šajā virzienā? Patiesībā tas apvieno divus spēkus: pirmais spēks, kas virza uz augšu no zemes. Pateicoties mijiedarbībai starp riepu un zemi, kravas automašīna tiek pasargāta no iekļūšanas netīrumos. Tas pats spēks, kas neļauj jūsu kafijas krūzei iziet cauri galdam, spiež to uz augšu. Tā kā tas ir perpendikulārs virsmai, šis spēks ir pazīstams kā “parastais” spēks.
Berzes spēks, ko rada aizmugurējās riepas, ir otrajā vietā. Paralēli zemei šis spēks virza kustību uz priekšu. Tīrais spēks, ko rada šie divi punkti pa diagonāli pa labi. Lai bultiņu mērķētu precīzi uz smaguma centru, ir jāsasniedz ideālais berzes spēks, kas ir viss noslēpums. veidojot ratiņus. Tas viss ir autovadītāja prasme.
Jūs varat redzēt, ka transportlīdzeklis paātrina uz priekšu tīrā spēka rezultātā. Ak, es redzu, jūs varat vilkt ratu, neizmantojot akseleratoru. Kad masas centrs atrodas tieši virs aizmugurējā riteņa, zemes spēks spiežas taisni uz augšu, atkal radot nulles griezes momentu. Bet šajā gadījumā es uzskatu, ka monster truck paātrinās.
Priekšējā apgriešanas slēptā tehnika
Šeit pienāk kulminācija! Lai transportlīdzekli, kas brauc uz labo pusi, virzītu uz priekšu, jums ir jāģenerē griezes moments pulksteņrādītāja virzienā. Tas ir diezgan grūti. Svarīgi ir tikai ļaut aizmugurējiem riteņiem pieskarties rampai. Un tieši to dara Mad Scientist vadītājs, kā redzams video (plkst. 2:00) — viņš, sasniedzot rampu, iešauj to ratā.
Uz priekšējiem riteņiem netiek pielikts spēks, jo tie atrodas no zemes un izlaiž mazo rampu. Pēc tam rampa spiež gan atpakaļ, gan uz augšu, kad aizmugurējie riteņi saskaras. Rampas spēka kustība rada vajadzīgo griezes momentu pulksteņrādītāja virzienā. Rezultātā kravas automašīna griežas ātrāk pulksteņrādītāja virzienā. Turklāt, kad tas iziet no rampas, tas turpina griezties tajā pašā virzienā, atrodoties gaisā. Šajā gadījumā Mad Scientist pilnībā pagriežas pirms nolaišanās. Ja godīgi, tas ir diezgan pārsteidzoši.
Tad vēl viena lieta. Iekrāvēja horizontālajam ātrumam vajadzētu samazināties, ja uz aizmugurējiem riteņiem iedarbojas reāls atpakaļspiešanas spēks; galu galā spēki maina objekta kustību. Tas nenotika tieši saskaņā ar plānu, kad es mēģināju demonstrēt šo ātruma samazināšanos, izmantojot video analīzi. Precīza analīze nav iespējama kameras mobilitātes un skata leņķa dēļ. Tomēr, tā kā es to tomēr paveicu, šeit ir mans sižets, kurā parādītas divas riteņu trajektorijas kopā ar masas centru (aptuvens).
Lai gan tas nav pilnīgi acīmredzams, jūs varat redzēt horizontālā ātruma kritumu. Tam joprojām ir jautrs stāsts. Neapšaubāmi, tas ir foršs lēciens.
