Konečne je leto a na cestách je viac motoriek a športových áut. Určite ste si všimli, že niektoré z nich majú poriadne široké kolesá. Trochu som sa nad tým zamyslel spravil pár experimentov a výpočtov a moje závery sú uvedené v tomto článku. Je to znovu jeden z článkov, ktorý sa snaží vyvrátiť zažité a nepravdivé závery javiace sa ako úplne zrejmé.

Väčšina ľudí by očakávala, že širšie pneumatiky budú lepšie držať na ceste a budú zabraňovať šmyku. Je tomu ale naozaj tak?

Neviem síce presne definovať čo znamená lepšie držať na ceste, šmyk sa ale definuje pomerne jednoducho. Šmyk vzniká vtedy, keď sa dve plochy, ktoré sa dotýkajú voči sebe hýbu nenulovou rýchlosťou. Znamená to, že časť kolesa, ktorá sa dotýka vozovky sa po tejto vozovke posunie z miesta A do miesta B pričom sa počas tohoto pohybu stále vozovky dotýka. Samozrejme, že to isté platí aj keď sa dotýka snehu, ľadu alebo vody, ktorá je súčasťou vozovky.

Tak na čo si vsadíte vy? Zabraňujú širšie pneumatiky šmyku alebo nie?

Môj experiment pozostáva z naklonenej roviny, na ktorej je umiestnený predmet. Tento predmet sa pri určitom sklone začne šmýkať. Testoval som závislosť trecej plochy, a hmotnosti predmetu. Výsledky sú zrejmé z videa.

Ako prvú som na naklonenej rovine uviedol do šmyku prázdnu krabičku. Do šmyku sa dostala pri výške 20cm, čo zodpovedalo zhruba 25 uhlovým stupňom.

Následne som chcel overiť, či je šmyk závislý od hmotnosti. Do krabičky som dal pomerňe ťažkú izolačnú pásku. Žiadna zmena sa neprejavila.

Potom som testoval, či je šmyk závislý od toho či je  krabička otočená na šírku alebo na dĺžku. Asi už tušíte, že žiadna zmena.

Možno, že záleží od plochy. Rozstrihol som teda krabičku na dve časťi. Jasné žiadna zmena.

Polovičná krabička po šírke. Žiadna zmena.

Polovičná krabička so záťažou. Zase žiadna zmena.

Už to je tak. Prechod do šmyku nezávisí od veľkosti styčnej plochy ani od hmotnosti telesa. Závisí len od charakteru trecej plochy (drsnosť, hladkosť, mokrosť, prašnosť, lepivosť ...)

Záver:

Takže ako to je. Sú široké kolesá len frajerina, alebo majú aj nejaké zmysluplné funkčné vlastnosti? Nechám to zase na vás, skúste si potrápiť svoje mozgové závity a napíšte.

Objavte fyziku

22.99 € (vrátane DPH 20 %)

do košíka

Vysvetlenie:

Schéma mojej naklonenej roviny. F₁ je sila tiaže môjho telesa. Táto sila je rozložená na sily F₃ a F₂. Sila F₃ tlačí teleso kolmo k podložke. Sila F₂ ťahá teleso smerom rovnobežne s podložkou. Sila Ft je sila trenia, ktorá bráni telesu zošmyknúť sa po podložke.

1. Ak je sila F_t väčšia ako sila F₂ teleso sa po podložke šmýkať nebude. Ak bude sila F₂ väčšia ako sila F_t teleso sa po podložke smýkať bude.

2. Sila trenia F_t = k * F₃, kde k je koeficien trenia. Tento koeficien je rôzny pre rôzne materiály a povrchy materiálov. F₃ je kolmá sila medzi týmito materiálmy.

3. F₂ = sin(β) * F₁

4. F₃ = cos(β) * F₁

5. Z bodov č. 1 a č. 2 je jasné, že objekt sa začne šmýkať ak F_t < F₂, pričom F_t = k * F₃  Keď dosadíme za F_t dostaneme k * F₃ < F₂

Použitím vzorcov z bodu 3 a 4 a ich dosadením dostávam: k * cos(β) * F₁ < sin(β) * F₁

6. Ako ste si určite všimli sila F₁ je na obidvoch stranách nerovnice a môžem ju teda eliminovať z čoho dostávam nerovnicu k * cos(β) < sin(β)

Táto nerovnica ako vidíte nie je závislá ani od plochy ani od hmotnosti a preto v mojom experimente nie je plocha ani experiment podstatný.

7. Pri aute je to ale inak. Trecia sila F_t je pri aute konštantná. Ak je auto na vodorovnej ceste tak sa rovná F_t = k * F kde F = m*g Čiže F_t = k * m * g Trecia sila v prípade auta je konštantná a závisí od hmotnosti. Sila, ktorou pôsobí pneumatika na cestu závisí od výkonu motora a zošľapnutia plynu, ak je sila motora a zošľapnutie plynu, ktoré sa prenesie na pneumatku väčšia ako trecia sila pneumatika začne šmýkať. 

Z bodu 7 je jasné, že trecia sila v prípade auta závisí od hmotnosti. Nie je tam ale zrejmé, že by mala závisieť aj od plochy pneumatiky viete prečo?

Včera sa ma syn spýtal, či vo vákuu je beztiažový stav. Vysvetlil som mu, že vákuum a beztiažový stav toho veľa spoločné nemá, ale pre istotu sme spravili ešte jeden experiment.

V prvom rade je potrebné zadefinovať, čo je to beztiažový stav. Dohodli sme sa na nasledovnej definícii:

Beztiažový stav je vtedy, ak váha zmeria nulovú hmotnosť.

Na kuchynskú váhu sme prilepili malú kameru (fotoaparát v režime záznamu videa) a nastavili sme nahrávanie videa. Video snímalo ukazovateľ hmotnosti na váhe. Takto sme presne videli koľko váži naša kamera. Potom sme nechali váhu s kamerou padať z výšky asi 2m. Váha síce nie je najpresnejšia a nedokáže zaznamenať zmenu hmotnosti okamžite, ale pre tento experiment to bolo celkom postačujúce.

Nechali sme padať váhu s prilepenou kamerou z výšky zhruba 2m. Záznam som spracoval a každú pôvodnú snímku (0,04s) videozáznamu som natiahol na dĺžku 1s. Zo záznamu je zrejmé, že pôvodná hmotnosť kamery 364g sa pri páde zmenila na hmotnosť -6g (čo je zhruba v tolerancii chyby váhy). Čiže s určitým priblížením pri páde z 2m výšky má fotoaparát nulovú hmotnosť. Na videou vidíťe ako sa váha z výšky približuje k perine, ktorá slúžila ako dopadová plocha.

Beztiažový stav pri voľnom páde je pre väčšinu ľudí celkom zrejmý. Skúsili sme ale aj niečo úplne odlišné, čo úplne odporuje ľudskému rozumu. Našu váhu s prilepenou kamerou sme vyhodili smerom hore zhruba do výšky 2m, váha potom začala padať smerom dole. To, čo ale nie je zrejmé je to, že beztiažový stav nastal aj vtedy keď letela váha s kamerou smerom hore a pokračoval celú dobu, počas ktorej nevyletela na vrchol a nespadla naspäť na perinu. Ak neveríte skúste si to.

Váhu s kamerou sme vyhodili smerom hore, keď sa odlepila od mojich rúk, ktorými som ju vyhodil a stúpala smerom hore okamžite sa ocitla v beztiažovom stave. Na videu je to zhruba 7 snímka. Beztiažový stav trval, až kým vyletela do maximálneho bodu a pokračoval aj pri voľnom páde smerom dole.

Záver:

Rozhodol som sa, že dnes nebudem písať záver, ale budem očakávať vaše logické zdôvodnenia prečo tomu tak je.

 POTRÁPTE SI SVOJU HLAVU

Tento článok sponzoruje produkt:

Levitácia grafit 4

9.90 € (vrátane DPH 20 %)

do košíka

Niektorí z vás sa pýtali ako spraviť kresadlo. Môžete použiť aj starý pilník na železo, bude to s ním kresať ale ak ho chcete mať v peknom tvare potrebujete ho rozžahviť a ukuť. Jeden čitateľ Vlado niečo také dokáže spraviť aj doma, takže vám zasielam jeho výtvory a aj jeho amatérsky vytvorenú kováčsku vyhňu.

Plechový hrniec. Vo vnútri sú papierové prepážky, tie potom vyhoria a medzery budú zabraňovať popraskaniu.

Šamotové tehly naukladané do priestoru v hrnci v tvare obráteného kužela.

Záver:

Vo vyhni sa kúri koksom, je z toho menej odpadu ako z uhlia a má aj väčšiu výhrevnosť. Chcel by som ale spraviť pec, v ktorej by sa železo úplne roztavilo, aby sa dalo z neho niečo odliať. Uvidím či sa mi to podarí.

Tento článok sponzoruje produkt:

Detektor kovov

149.00 € (vrátane DPH 20 %)

do košíka