Miksi hyrrä ja polkupyörä eivät kaadu?
kuappa
voima joka "vetää" näitä kappaleita pystyyn? Onko kyse samasta ilmiöstä vai
täysin eri? Yhteistä lienee ainakin se, että molempien pystyssä pysymiseen
tarvitaan liikettä (hyrrän pitää pyöriä ja pyörän liikkua eteenpäin).
Selitykset mieluiten lukio tasolla, koska enempää en ole vielä ehtinyt
opiskella (molemmat lukion mekaniikan kurssit on kyllä käyty kokonaan).
Matti
Ps. Ei, en yritä ratkaista kotitehtävää. Ihan vain mielenkiinnosta kyselen.
Despina Julkkis
> Mistä mahtaa johtua, että hyrrä ja polkupyörä eivät kaadu? Miste tulee se
> voima joka "vetää" näitä kappaleita pystyyn? Onko kyse samasta ilmiöstä
Mikään ei vedä niitä pystyyn vaan pyörintäakselin poikkeuttamiseen vaaditaan
voimaa.
> vai täysin eri? Yhteistä lienee ainakin se, että molempien pystyssä
Samasta.
Jukka Kohonen
>Kyseessä on sama ilmiö: polkupyörän pyöriä voidaan ajatella hyrrinä.
No ei. Voihan niitä ajatella hyrrinä, mutta niiden massa on niin pieni,
ettei fillari sillä pystyssä pysy, tai varsinkaan nouse takaisin
pystyyn lähdettyään kaatumaan.
Voit kokeilla asiaa nostamalla fillarin irti maasta jostain alhaalta
(mutta ei pyöristä) tuettuna. Vaikka pyörät pyörisivät vinhasti,
kaatuu se fillari silti.
Eteenpäin liikkuvan polkupyörän pystyssä pysyminen perustuu
etupyörän kääntymiseen/kääntämiseen ja ohjausgeometriaan:
pienikin etupyörän kääntyminen aikaansaa korjaavan momentin.
Vrt. esimerkiksi
<http://www.jimloy.com/physics/bicycle.htm>
<http://groups.google.com/groups?threadm=01bcfb75%24a9720aa0%24cc7d20c3%40e.capra.agonet.it>
--
Jukka....@iki.fi
* Ei hulluja kynnetä eikä kylvetä, itsestään niitä kasvaa (suom. sananlasku)
kuappa
> Eteenpäin liikkuvan polkupyörän pystyssä pysyminen perustuu
> etupyörän kääntymiseen/kääntämiseen ja ohjausgeometriaan:
> pienikin etupyörän kääntyminen aikaansaa korjaavan momentin.
>
> Vrt. esimerkiksi
> <http://www.jimloy.com/physics/bicycle.htm>
>
<http://groups.google.com/groups?threadm=01bcfb75%24a9720aa0%24cc7d20c3%40e.
capra.agonet.it>
Suuret kiitokset. Vähän epäilin omaa englannin kielen taitoani kun näin
linkit, mutta hyvinhän tästä selvittiin :). Ideana siis se, että etupyörä
liikkuu (käännetään) pyörän alle kun se alkaa kaatua, jonka jälkeen pyörä on
taas tasapainossa.
Mutta miten tuo hyrrä? Ei ainakaan samasta ilmiöstä ole kyse...
Rami
> Eteenpäin liikkuvan polkupyörän pystyssä pysyminen perustuu
> etupyörän kääntymiseen/kääntämiseen ja ohjausgeometriaan:
> pienikin etupyörän kääntyminen aikaansaa korjaavan momentin.
Ei kädet ohjaustangosta irroitettuna ajelukaan mitenkään niin vaikeata ole.
Voisin väittää, että "ilman käsiä" ajelussa olennaisin kaatumista estävä
tekijä ei ainakaan ole nuo pujottelunomaisen korjausliikkeet, koska niiden
tekeminen painopisteen siirtelyllä muuta kehoa käyttäen on paljon
epätarkempaa, vaan kyllä ratkaisevaa on juuri tuon pyörimisliikemäärän
säilyminen. Meillä oli muuten TTY:n fysiikan oppilaslabrassa noin 26"
polkupyörän eturengas kiinnitettynä keskiön laakeroinnistaan suoraan noin
50cm pituiseen rautatankoon, joka oli kohtisuorassa pyörän pyörimistasoa
vastaan. Pyörän kun pyöräytti reippaaseen pyörintään, niin omilla
käsivoimilla oli lähes mahdotonta kääntää pyörää tangosta kiinni pitäen.
Vaikka pyörän massa onkin pieni, niin pyörän kulmanopeus ja 13 tuuman säde
ovat kuitenkin melko suuria ja saavat aikaan ihan jo merkittävän suuruisia
momentteja pyöräilijän kannalta jotka varmasti ovat aivan ratkaisevia
polkupyörällä pystyssä pysymisen kannalta.
Itse sanoisin, että polkupyörällä pysyssä pysyminen on mahdollista, koska:
(1) pyörivän pyörän pyörimisliikemäärän aiheuttama haluttomuus muuttaa
liiketilaansa, joka ikään kuin hidastaa kallistumista sivulle päin ja antaa
näin pyörällä ajajalle aikaa suorittaa suorittaa korjausliikkeitä (2)
ohjauspyörää kääntelemällä.
-Rami
Jaakko Hirvonen
"Rami" <nom...@thankyou.invalid.fi> wrote in message
news:ba4rbr$iom$1...@news.cc.tut.fi...
>
> Itse sanoisin, että polkupyörällä pysyssä pysyminen on mahdollista, koska:
> (1) pyörivän pyörän pyörimisliikemäärän aiheuttama haluttomuus muuttaa
> liiketilaansa, joka ikään kuin hidastaa kallistumista sivulle päin ja
antaa
> näin pyörällä ajajalle aikaa suorittaa suorittaa korjausliikkeitä (2)
> ohjauspyörää kääntelemällä.
Tuota ajatusta voisi tukea ainakin se, että mitä hitaammin fillari kulkee,
sitä vaikeampaa on ajaa suoraan, tai ylipäätään säilyttää tasapaino ajaessa.
-jh
Ilkka Karaila
Edesmennyt mekaniikan professori S E Stenij esitteli pyörimisliikemäärän
säilymistä legendaarisella luennollaan. Silloin hänelä oli tuo polkupyörän
pyörästä tehty hyrrä ja laakeroitu taso, jolle hän nousi seisomaan pyörivä
hyrrä käsissään. Hän nousi tasolle hyrrän akseli vaakasuorassa ja nosti sitä
sieman alkaen pyöriä sillä tasollaan, laski takaisin vaakasuoraan pysähtyen
ja laski vielä alemmas alkaen pyöriä toiseen suuntaan. Erinomainen demo
systeemin pyörimismäärän säilymisestä.
Olen sovaltanut sitä lasteni ja lastenlasteni kanssa leikkipuiston
karusellissa ja saanut irtopisteitä. Siinä annan vauhtia ulkokehältä potkien
ja siirrän oman painopisteeni karusellin akselin päälle. Vauhti kiihtyy
kummasti, kun systeemin hitausmomentti pienenee, kuten taitoluistelijoiden
piruetissa.
Yhtälöhän on J*omega=vakio, missä omega on kulmanopeus ja J pyörivän
systeemin hitausmomentti pyörimisakselin suhteen.
--
Ilkka Karaila, DrTech.
Senior Research Scientist
What we observe, may be true, but the causes
behind the observation are not always obvious.
Despina Julkkis
> Suuret kiitokset. Vähän epäilin omaa englannin kielen taitoani kun näin
> linkit, mutta hyvinhän tästä selvittiin :). Ideana siis se, että etupyörä
> liikkuu (käännetään) pyörän alle kun se alkaa kaatua, jonka jälkeen pyörä
> on taas tasapainossa.
No ei. Jos et ole huomannut niin voi sillä pyörällä ihan viivasuoraankin
ajaa eikä se mihinkään kaadu.
> Mutta miten tuo hyrrä? Ei ainakaan samasta ilmiöstä ole kyse...
On.
Voi kristus että tämä voikin taas olla näin vaikeaa..
Jukka Kohonen
>No ei. Jos et ole huomannut niin voi sillä pyörällä ihan viivasuoraankin
>ajaa eikä se mihinkään kaadu.
No ei. Saat olla aika fakiiri, jos meinaat ajaa kaksipyöräisellä
fillarilla tosiaan viivasuoraan kaatumatta.
Voit kokeilla asiaa ajamalla kuivalla asfaltilla ja märillä renkailla
(esim. ensin lätäkön kautta). Vaikka kuinka yrität ajaa viivasuoraan,
etu- ja takapyörien jättämät eri kohdassa olevat jäljet paljastavat
sinun tehneen loivia mutkia.
Mutkat ovat sen verran loivia, että varmaankin ajaja _tuntee_
ajaneensa "ihan viivasuoraan".
Voit kokeilla asiaa myös lukitsemalla etupyörän niin, että se ei pääse
lainkaan kääntymään, ja yrittämällä sitten ajaa "viivasuoraan"
hyrrävoiman muka pystyssä pitämänä. Varoitus: varustaudu kaatumaan
(käytä kypärää ja kunnon suojuksia).
Jukka Kohonen
>> Eteenpäin liikkuvan polkupyörän pystyssä pysyminen perustuu
>> etupyörän kääntymiseen/kääntämiseen ja ohjausgeometriaan:
>> pienikin etupyörän kääntyminen aikaansaa korjaavan momentin.
>
>Ei kädet ohjaustangosta irroitettuna ajelukaan mitenkään niin vaikeata ole.
Enhän minä tuossa mitään puhunutkaan käsien olemisesta ohjaustangolla,
vaan etupyörän kääntymisestä. Kyllä se etupyörä kääntyy ilmankin käsiä.
Edelleenkin etupyörän kääntyminen ja siitä seuraava ajolinjan muutos
on nimenomaan se, mikä pyörän pystyssä pitää. Viittaan vastaukseeni
Despinalle: yritäpä ajaa etupyörä suoraan lukittuna.
Despina Julkkis
> Mutkat ovat sen verran loivia, että varmaankin ajaja _tuntee_
> ajaneensa "ihan viivasuoraan".
>
> Voit kokeilla asiaa myös lukitsemalla etupyörän niin, että se ei pääse
> lainkaan kääntymään, ja yrittämällä sitten ajaa "viivasuoraan"
> hyrrävoiman muka pystyssä pitämänä. Varoitus: varustaudu kaatumaan
> (käytä kypärää ja kunnon suojuksia).
Hmm...mutta mitenkäs sitten eteenpäin pystyssä vauhdilla vierivä pelkkä yksi
kapea rengas? Sehän menee suoraan, (kunnes ei enää mene..=)
Jukka Kohonen
>Hmm...mutta mitenkäs sitten eteenpäin pystyssä vauhdilla vierivä pelkkä yksi
>kapea rengas? Sehän menee suoraan, (kunnes ei enää mene..=)
Niin, sehän ei mene suoraan, vaan kallistuttuaan alkaa kaartaa
jompaankumpaan suuntaan.
Timo Korvola
> Tuota ajatusta voisi tukea ainakin se, että mitä hitaammin fillari kulkee,
> sitä vaikeampaa on ajaa suoraan, tai ylipäätään säilyttää tasapaino ajaessa.
Se johtuu siitä, että pienen etenemisnopeuden vuoksi tarvitaan isoja
ohjaustangon kiertoja tuottamaan riittäviä korjauksia sivusuunnassa.
Hyrrävaikutusta on testattu virittelemällä etupyörän viereen toinen
vastakkaiseen suuntaan pyörivä pyörä. Seurauksena oli vain vähäinen
ero ajotuntumassa. Myös etuhaarukan geometrian merkitystä on testattu
muuttamalla haarukka kallistuman kannalta epästabiiliksi. Pyörästä
tuli tällöin hyvin vaikeasti ajettava.
--
Timo Korvola <URL:http://www.iki.fi/tkorvola>
optimistx
"Ilkka Karaila" <ilkkaNO....@AMpp.inet.fi> kirjoitti
viestissä:YTmxa.69$gf1...@read3.inet.fi...
---poistettua---
> Edesmennyt mekaniikan professori S E Stenij esitteli pyörimisliikemäärän
> säilymistä legendaarisella luennollaan. Silloin hänelä oli tuo polkupyörän
> pyörästä tehty hyrrä ja laakeroitu taso, jolle hän nousi seisomaan pyörivä
> hyrrä käsissään. Hän nousi tasolle hyrrän akseli vaakasuorassa ja nosti
sitä
> sieman alkaen pyöriä sillä tasollaan, laski takaisin vaakasuoraan
pysähtyen
> ja laski vielä alemmas alkaen pyöriä toiseen suuntaan. Erinomainen demo
> systeemin pyörimismäärän säilymisestä.
> Olen sovaltanut sitä lasteni ja lastenlasteni kanssa leikkipuiston
> karusellissa ja saanut irtopisteitä. Siinä annan vauhtia ulkokehältä
potkien
> ja siirrän oman painopisteeni karusellin akselin päälle. Vauhti kiihtyy
> kummasti, kun systeemin hitausmomentti pienenee, kuten taitoluistelijoiden
> piruetissa.
> Yhtälöhän on J*omega=vakio, missä omega on kulmanopeus ja J pyörivän
> systeemin hitausmomentti pyörimisakselin suhteen.
>
> --
> Ilkka Karaila, DrTech.
Kivoja ja ymmärrettäviä irtopisteitä :). Implisiittisellä luvallasi kopioin
irtopistemenetelmän seuraavaa leikkipuistokäyntiä varten.
Odotettavat hymyt ja ihmettelyt tehnevät maailmasta hieman paremman paikan,
ja kun kopioidaan menetelmä aina ketjukirjeenomaisesti eteenpäin, niin
maailma pyörii yhä vinhemmin. Annetaan hyvän kiertää :)
Tapio Hurme
"Timo Korvola" <tkor...@e.math.helsinki.fi> wrote in message
news:m3addlp...@e.math.helsinki.fi...
Tulipahan kirjoituksestasi mieleen tämä sovellettuna mahdollisesti
polkupyörään:
http://www.gyro-scope.co.uk/masstran.htm
Suhtaudun Prof. Laithwaiten teoriaan hiukan skeptisesti polkupyöräni
näkökulmasta katsottuna, mutta olisihan se hauskaa, jos toimisi. ;-)
Tapio
kuappa
> (1) pyörivän pyörän pyörimisliikemäärän aiheuttama haluttomuus muuttaa
> liiketilaansa, joka ikään kuin hidastaa kallistumista sivulle päin ja
antaa
> näin pyörällä ajajalle aikaa suorittaa suorittaa korjausliikkeitä
Kaksi päivää sitten en tiennyt koko asiasta yhtään mitään (alkup. kys.) , ja
nyt olen valmis väittelemään :)
Niin siis eihän sillä pyörimisliikemäärällä voi olla mitään merkittävää
vaikutusta. Mieti esimerkiksi niitä uusia potkulautoja missä on
rullaluistimen pyörät. Eihän sellaisen pyörän pyörimisliikemäärä ole
kovinkaan suuri ja siitä huolimatta potkulauta pysyy "helposti" pystyssä.
Lauri Alanko
> Edelleenkin etupyörän kääntyminen ja siitä seuraava ajolinjan muutos
> on nimenomaan se, mikä pyörän pystyssä pitää. Viittaan vastaukseeni
> Despinalle: yritäpä ajaa etupyörä suoraan lukittuna.
Mikäs sitten aiheuttaa sen, että vierivä kolikko pysyy pystyssä kunnes
hidastuu liikaa?
Lauri Alanko
l...@iki.fi
K Magnusson
kuappa <e...@boxbox.invalid> kirjoitti
viestissä:ZFwxa.338$gf...@read3.inet.fi...
> Niin siis eihän sillä pyörimisliikemäärällä voi olla mitään merkittävää
> vaikutusta. Mieti esimerkiksi niitä uusia potkulautoja missä on
> rullaluistimen pyörät. Eihän sellaisen pyörän pyörimisliikemäärä ole
> kovinkaan suuri ja siitä huolimatta potkulauta pysyy "helposti" pystyssä.
>
Niin kuin jo todettiin, pysyt pystyssä lähinnä inertian ja gravitaation
yhteisvaikutuksen ansiosta.
Inertian ansiosta, siis koko maailmankaikkeuden massan (ehkä) aiheuttaman
kappaleen suunnan muutoksia (kiihtyvyyksiä) vastustavan ilmiön johdosta,
kulkusi on vakaata. Tulkintaa kutsutaan myös Machin periaatteeksi.
Jukka Kohonen
>Niin kuin jo todettiin, pysyt pystyssä lähinnä inertian ja gravitaation
>yhteisvaikutuksen ansiosta.
Eiköhän se ole jo tullut selväksi, että inertia ja gravitaatio eivät
riitä. Jos etupyörä lukitaan suoraan, tokihan inertia ja gravitaatio
ovat edelleen olemassa, mutta ei sillä fillarilla silti pystyssä
pysy. Toinen esimerkki on Timo Korvolan mainitsema koe, jossa
etuhaarukan geometriaa muutettiin. Inertia ja gravitaatio eivät
kadonneet mihinkään, mutta pystyssä pysyminen vaikeutui.
Gravitaatio vetää fillaria kumoon ja inertia pyrkii pitämään sen
kulloisessakin liiketilassa; kumpikaan ei nosta sitä takaisin pystyyn
ellei ajolinja kaarru. Fillarin pystyssä pysymisessä on siis
olennaisesti kysymys inertian ja _kaarevan ajolinjan_
yhteisvaikutuksesta. Ja erityisesti siitä, että on olemassa mekanismi,
joka _saa_ ajolinjan kaartumaan kulloinkin tarvittavaan suuntaan
kallistuman korjaamiseksi.
Tämän kaartumisen saa aikaan etupyörän kääntyminen kallistuksen
suuntaan, ja sen puolestaan esimerkiksi ajajan kädet ja/tai
etuhaarukan geometria. Etuhaarukan geometria tarkoittanee tässä
lähinnä sitä, että ohjausakseli ei ole pystysuora vaan taaksepäin
kallistettu, mikä saa etupyörän kääntymään kun fillaria kallistetaan
(tässä tietysti tarvitaan gravitaatiotakin). Tämä ilmiö on
havaittavissa vaikka paikoillaan olevassa pyörässä, joten mistään
hyrrävaikutuksesta siinä ei ole kyse.
Ilkka Karaila
> "Rami" <nom...@thankyou.invalid.fi> writes:
> >> Eteenpäin liikkuvan polkupyörän pystyssä pysyminen perustuu
> >> etupyörän kääntymiseen/kääntämiseen ja ohjausgeometriaan:
> >> pienikin etupyörän kääntyminen aikaansaa korjaavan momentin.
> >
> >Ei kädet ohjaustangosta irroitettuna ajelukaan mitenkään niin vaikeata
ole.
>
> Enhän minä tuossa mitään puhunutkaan käsien olemisesta ohjaustangolla,
> vaan etupyörän kääntymisestä. Kyllä se etupyörä kääntyy ilmankin käsiä.
>
> Edelleenkin etupyörän kääntyminen ja siitä seuraava ajolinjan muutos
> on nimenomaan se, mikä pyörän pystyssä pitää. Viittaan vastaukseeni
> Despinalle: yritäpä ajaa etupyörä suoraan lukittuna.
>
Juuh, etupyörähän on hyrrä, joka käntyy tuon pyörimisliikemäärälain ja
pyörän akselin aiheuttaman rajoitteen johdosta oikeaan suuntaan kun pyörää
ilman käsiä ajava kallistaa pyörää.
Ilkka Karaila
"optimistx" <opti...@hotmail.com> wrote in message
news:ubtxa.231$gf1...@read3.inet.fi...
Kiva kun sai ulos positiivisen vastaanoton saavan ajatuksen.
Saa kopioda ja soveltaa kaikkialla, kuitenkin liioittelua varoen.
Muista varoittaa pieniä pysymään lähellä akselia ja pitämään kovaa kiinni.
Siirtyilemällä säteen suunnassa voi hetkellistä nopeutta säätää.
Jukka Kohonen
>Juuh, etupyörähän on hyrrä, joka käntyy tuon pyörimisliikemäärälain ja
>pyörän akselin aiheuttaman rajoitteen johdosta oikeaan suuntaan kun pyörää
>ilman käsiä ajava kallistaa pyörää.
Periaatteessa kyllä. Käytännössä tuon hyrrävaikutuksen osuus etupyörää
kääntävästä voimasta on ainakin pienissä nopeuksissa varsin vähäinen.
Perustelut:
1) T.K:n mainitsema koe, jossa hyrrävaikutus kumottiin toisensuuntaisella
hyrrällä. Vaikutus vähäinen.
2) T.K:n mainitsema koe, jossa geometriaa muutettiin. Vaikutus suuri.
3) Laitteet, joissa on hyvin pienet etupyörät, joten hyrräilmiö
erittäin pieni. Silti niillä pysyy pystyssä.
4) Nimenomaan pienissä nopeuksissa hyrrävaikutus on _pieni_, mutta
tarvittavat ohjausliikkeet _suuria_.
Voit todeta etupyörän kääntymisen vaikka paikallaan (jolloin varmasti
ei ole kysymys hyrräilmiöstä), kun polkupyörää kallistetaan.
Jukka Kohonen
>4) Nimenomaan pienissä nopeuksissa hyrrävaikutus on _pieni_, mutta
>tarvittavat ohjausliikkeet _suuria_.
Tästä tietysti seuraa mieleen, että tarpeeksi suurissa nopeuksissa
varmaan hyrräilmiökin riittää aikaansaamaan riittävät ohjausliikkeet.
Olisikin hauska tietää, millaisista nopeuksista silloin on kyse.
Kai sen voisi periaatteessa laskea, kunhan ensin kiinnittää tarpeeksi
parametreja (fillarin ja ajajan paino ja mitat, pyörän paino, haarukan
kallistuskulma jne.).
Jukka Kohonen
>Juuh, etupyörähän on hyrrä, joka käntyy tuon pyörimisliikemäärälain ja
>pyörän akselin aiheuttaman rajoitteen johdosta oikeaan suuntaan kun pyörää
>ilman käsiä ajava kallistaa pyörää.
kääntävästä voimasta on ainakin pienissä nopeuksissa varsin vähäinen.
Perustelut:
1) T.K:n mainitsema koe, jossa hyrrävaikutus kumottiin toisensuuntaisella
hyrrällä. Vaikutus vähäinen.
2) T.K:n mainitsema koe, jossa geometriaa muutettiin. Vaikutus suuri.
3) Laitteet, joissa on hyvin pienet etupyörät, joten hyrräilmiö
kyse on lähinnä ajajan tekemistä ohjausliikkeistä.)
4) Nimenomaan pienissä nopeuksissa hyrrävaikutus on _pieni_, mutta
tarvittavat ohjausliikkeet _suuria_. (Etupyörän kääntymisen voi todeta
vaikka about paikallaan - jolloin varmasti ei ole kysymys hyrräilmiöstä
- kun polkupyörää kallistetaan.)
Havainnosta 4) nähdään, että tarpeeksi _suurissa_ nopeuksissa hyrräilmiö
varmaan voikin saada aikaan riittävät ohjausliikkeet. Olisikin
hauska tietää, miten suuri nopeus siihen tarvitaan (laskelmia
varten pitäisi tietysti ensin kiinnittää iso joukko parametreja,
kuten ajajan, rungon, etuhaarukan ja etupyörän painot, haarukan
kallistuskulma jne.)
Ilkka Karaila
Tarkoitin normaalia polkupyörää ja tavallista ajonopeutta. Tuon etupyörän
pyörimismäärän arvo määrää miten suuri poikittaismomentti puörään syntyy kun
sen pyörimisakselia kallistetaan. Etuhaarukan geometria vaikuttaa pyörän
kääntämiseen tarvittavaan voimaan ja etuhaarukan "vahvistuskertoimeen" eli
miten paljon pyörän jälki kaareutuu tiettyä tangon liikettä kohden.
Sen pystyssäpysymisenhän on täällä jo monella kommentilla todettu aiheutuvan
siitä, että pyörän pyrkiessä kaatumaan se ohjataan etupyörällä takaisin
ajajan alle.
Jukka Kohonen
>Tarkoitin normaalia polkupyörää ja tavallista ajonopeutta.
Niin, olisi hauska nähdä laskelmia tai empiirisiä kokeita, joissa
hyrrä- ja ohjausgeometriavaikutusten osuuksia etupyörän kääntymiseen
on vertailtu eri nopeuksissa, jotta olisi jotain pohjaa väittää
jommankumman olevan pääosassa "tavallisessa" ajonopeudessa.
Jaa niin, jotain kokeitahan oli jo tehty (hyrrävaikutuksen
kumoaminen).
>Etuhaarukan geometria vaikuttaa pyörän
>kääntämiseen tarvittavaan voimaan ja etuhaarukan "vahvistuskertoimeen" eli
>miten paljon pyörän jälki kaareutuu tiettyä tangon liikettä kohden.
Meinaat, että etuhaarukan geometria _ei_ aiheuta etupyörän kääntymistä
kallistumisen suuntaan?
Ilkka Karaila
> "Ilkka Karaila" <ilkkaNO....@AMpp.inet.fi> writes:
> >Tarkoitin normaalia polkupyörää ja tavallista ajonopeutta.
>
> Niin, olisi hauska nähdä laskelmia tai empiirisiä kokeita, joissa
> hyrrä- ja ohjausgeometriavaikutusten osuuksia etupyörän kääntymiseen
> on vertailtu eri nopeuksissa, jotta olisi jotain pohjaa väittää
> jommankumman olevan pääosassa "tavallisessa" ajonopeudessa.
>
> Jaa niin, jotain kokeitahan oli jo tehty (hyrrävaikutuksen
> kumoaminen).
>
> >Etuhaarukan geometria vaikuttaa pyörän
> >kääntämiseen tarvittavaan voimaan ja etuhaarukan "vahvistuskertoimeen"
eli
> >miten paljon pyörän jälki kaareutuu tiettyä tangon liikettä kohden.
>
> Meinaat, että etuhaarukan geometria _ei_ aiheuta etupyörän kääntymistä
> kallistumisen suuntaan?
>
Hyrrävoima vääntää etupyörää kallistuksen suuntaan. Hyrrävoiman suuruus
riippuu pyörimismäärästä eli ajonopeudesta ja etupyörän hitausmomentista
pyörän akselin suhteen.
Normaali leikkihyrrähän alkaa prekessoida ja nutatoida tuon voimsn johdosta
ennenkuin se kaatuu pyörimisliikemäärän laskettua tietyn arvon alle. Minulla
oli joskus sellainen gyrohyrrä, joka kieppuo lyijykynän kärjen päässä ja
istui langalla, kunhan kierroksia oli tarpeeksi...
Jukka Kohonen
>
>"Jukka Kohonen" <koh...@cc.helsinki.fi> wrote in message
>news:ba7dmd$168$1...@oravannahka.helsinki.fi...
>> kallistumisen suuntaan?
>
>Hyrrävoima vääntää etupyörää kallistuksen suuntaan.
Tätä en ole kiistänytkään. Kysyin mielipidettäsi siihen, onko
etuhaarukan geometrialla (ohjausakselin poikkeamalla pystysuorasta)
myöskin sellainen vaikutus.
Sinänsähän asia ei ole mielipidekysymys, vaan helposti todennettavissa
esimerkiksi empiirisesti, tai piirtelemällä vektoreita paperille.
>Hyrrävoiman suuruus
>riippuu pyörimismäärästä eli ajonopeudesta ja etupyörän hitausmomentista
>pyörän akselin suhteen.
Juu, ja lisäksi kallistumisen (kulma)nopeudesta. Staattisella kallistumalla
hyrrävoima ei käännä etupyörää mihinkään.
Ilkka Karaila
Jukka Kohonen
>http://www.gyro-scope.co.uk/gyros.htm
>
>http://www.lauralee.com/physics.htm
>
>http://www.its.caltech.edu/~atomic/display/displaycase.htm
>
>http://levitron.net/perpetuator.htm
Hyviä linkkejä hyrräilmiöstä. Tässä vielä yksi lisää:
http://www.howstuffworks.com/gyroscope.htm
(Sivulla 3 annettu kuvallinen selitys on mielestäni varsin havainnollinen.)
Muutenkin Howstuffworksin sivuilta löytyy aika lailla mielenkiintoisia
ja joskus havainnollisiakin selityksiä. Viimeksi lueskelin sieltä,
miten automaattivaihteisto ja momentinmuunnin oikein toimivatkaan...
Ilkka Karaila
> "Ilkka Karaila" <ilkkaNO....@AMpp.inet.fi> writes:
> >
> >"Jukka Kohonen" <koh...@cc.helsinki.fi> wrote in message
> >news:ba7dmd$168$1...@oravannahka.helsinki.fi...
> >> Meinaat, että etuhaarukan geometria _ei_ aiheuta etupyörän kääntymistä
> >> kallistumisen suuntaan?
> >
> >Hyrrävoima vääntää etupyörää kallistuksen suuntaan.
>
> Tätä en ole kiistänytkään. Kysyin mielipidettäsi siihen, onko
> etuhaarukan geometrialla (ohjausakselin poikkeamalla pystysuorasta)
> myöskin sellainen vaikutus.
>
Kyllä sillä on, jos se on siten, että etupyörä siirtyy eteenpäin sen
johdosta. Hyrrävoiman vaikutus on suurin kun ohjaustengon akseli on pysty ja
kallistelun staatttinen vaikutus taas kasvaa ohjausakselin kallistuksen
mukaan. Muistan reilut 40 vuotta sitten ajelleeni ilman käsiä (ja hampaat
säilyttäen :)) tuon hyrrävoiman avulla ohjausta hallisten. Siinä riitti
pienet lantion liikkeet kääntämään ohjaustankoa. Erityisesti
moottoripyörillä tuo kallistelu on päämenetelmä ohjauksessa.
> Sinänsähän asia ei ole mielipidekysymys, vaan helposti todennettavissa
> esimerkiksi empiirisesti, tai piirtelemällä vektoreita paperille.
>
Suosittelen laskemista...
http://bart.aero.psu.edu/courses/emch520/html/node3.html#SECTION00030000000000000000
>
> >Hyrrävoiman suuruus
> >riippuu pyörimismäärästä eli ajonopeudesta ja etupyörän hitausmomentista
> >pyörän akselin suhteen.
>
> Juu, ja lisäksi kallistumisen (kulma)nopeudesta. Staattisella
kallistumalla
> hyrrävoima ei käännä etupyörää mihinkään.
>
Hyrräkompasissahan tuo hyödynnetään.
http://bart.aero.psu.edu/courses/emch520/html/main.html
http://prodevweb.prodev.usna.edu/SeaNav/NS100/Gyro%20and%20Magnetic%20Compass.pdf
Jukka Kohonen
>> Kysyin mielipidettäsi siihen, onko
>> etuhaarukan geometrialla (ohjausakselin poikkeamalla pystysuorasta)
>> myöskin sellainen vaikutus.
>
No hyvä, päästiin siis yksimielisyyteen tästä: etuhaarukan geometria
kääntää etupyörää kallistuksen suuntaan.
>> Sinänsähän asia ei ole mielipidekysymys, vaan helposti todennettavissa
>> esimerkiksi empiirisesti, tai piirtelemällä vektoreita paperille.
>
>Suosittelen laskemista...
Niin minäkin. Mutta eiköhän empiirisellä kokeellakin jotain selviä.
Yksinkertaisen empiirisen kokeen voi tehdä vaikka ottamalla CD-levyn
etusormen ja keskisormen väliin, kuin fillarin etupyörä etuhaarukassa,
ja painamalla levyn pöydän pintaa vasten näin:
/ <-- sormet
__/
/ /\
| . |
| |
__ \__/ _____ <-- pöydän pinta
Kallista kättä ja pyörää oikealle ja paina samalla kättä kohdi pöydän
pintaa (vrt. gravitaatio, joka vetää ajajaa kohti maata). Hyvin kääntyy
pyörä oikealle ilman mitään hyrräilmiöitä (joita ei ole kun se ei edes
pyöri).
Timo Korvola
> 1) T.K:n mainitsema koe, jossa hyrrävaikutus kumottiin toisensuuntaisella
> hyrrällä. Vaikutus vähäinen.
Joo, mutta ilman käsiä ajaminen kävi vaikeaksi, eli siinä tuo
vähäinenkin vaikutus on merkittävä. Kädet ohjaustangolla hukuttavat
sen kuitenkin helposti alleen.
Jukka Kohonen
>koh...@cc.helsinki.fi (Jukka Kohonen) writes:
>> 1) T.K:n mainitsema koe, jossa hyrrävaikutus kumottiin toisensuuntaisella
>> hyrrällä. Vaikutus vähäinen.
>
>Joo, mutta ilman käsiä ajaminen kävi vaikeaksi, eli siinä tuo
>vähäinenkin vaikutus on merkittävä. Kädet ohjaustangolla hukuttavat
>sen kuitenkin helposti alleen.
Ok. Eli jos kootaan vähän yhteen, niin liikkuvaa fillaria pystyssä pitävä
syy-seurausketju on jotenkin tällainen:
/--> 2a: ajajan reaktio --\
1: kallistus -----> 2b: geometrian vaikutus ----> 3: etupyörä kääntyy --> ...
\--> 2c: hyrrävaikutus --/
... --> 4: ajolinja kaartuu --> 5: kallistus oikenee (inertia).
Vaikutusten 2a,b,c keskinäiset osuudet ovat vähän auki, mutta niistä
tiedetään mm. se, että
- 2b:n voimakkuus riippuu haarukan kulmasta ja fillarin kallistuskulmasta
(toimii siis pienissäkin ajonopeuksissa ja vaikka staattisella
kallistuksella).
- 2c:n voimakkuus riippuu etupyörän hitausmomentista, pyörimisnopeudesta
ja fillarin kallistumisen nopeudesta.
Mikko Pieskä
:> karusellissa ja saanut irtopisteitä. Siinä annan vauhtia ulkokehältä
: potkien
:> ja siirrän oman painopisteeni karusellin akselin päälle. Vauhti kiihtyy
:> kummasti, kun systeemin hitausmomentti pienenee, kuten taitoluistelijoiden
:> piruetissa.
:> Yhtälöhän on J*omega=vakio, missä omega on kulmanopeus ja J pyörivän
:> systeemin hitausmomentti pyörimisakselin suhteen.
:>
:> --
:> Ilkka Karaila, DrTech.
: Kivoja ja ymmärrettäviä irtopisteitä :). Implisiittisellä luvallasi kopioin
: irtopistemenetelmän seuraavaa leikkipuistokäyntiä varten.
: Odotettavat hymyt ja ihmettelyt tehnevät maailmasta hieman paremman paikan,
: ja kun kopioidaan menetelmä aina ketjukirjeenomaisesti eteenpäin, niin
: maailma pyörii yhä vinhemmin. Annetaan hyvän kiertää :)
Suosittelen myös kokeilemaan tapaa, jossa otetaan 2-3 reipasta kaverusta mukaan leikkiin.
Kun itse pitää lujasti kiinni karusellin ulkolaidoilta ja kaverit siirtyvät samalla keskemmäksi,
saa aika huimat vauhdit. Jalkoja ei enää tarvi, riittää kun pitää kiinni lujasti ja kulkee lähes
vaakasuorassa. Uimaranta on hyvä paikka, koska ympärillä on pehmeää hiekkaa.
Suosittelen lämpimästi,
Mikko
Ilkka Karaila
"Mikko Pieskä" <f76...@nospam.uwasa.fi> wrote in message
news:baab5q$ep3$1...@haavi.uwasa.fi...
Physics rules and works... :)
Mika Takala
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/video/station/expedition6/net56/sat_sci_gmt120_56.asf
(URL voi katketa parille riville jos huonosti käy).
--
Mika Takala
Ilkka Karaila
"Mika Takala" <mika....@remove-this.invalidated.part.saunalahti.fi> wrote
in message news:mecya.5470$M8.38...@reader1.news.jippii.net...
> Kansainvälinen avaruusasema, lauantai-aamun tiedetunti osa X:
>
>
http://spaceflight.nasa.gov/gallery/video/station/expedition6/net56/sat_sci_gmt120_56.asf
>
> (URL voi katketa parille riville jos huonosti käy).
>
Oikein hyvä ja opettava demo, jos on kiinnostusta katsoa ja kuunnella!
Peltonen
optimistx
viittaamatta kiinnostuneille mekaniikan professori Bill Pattersonin kirjaan
ja internetkirjoitelmiin osoitteessa
http://www.calpoly.edu/~wpatters/
ja siellä erityisesti kirjansa tiivistelmät
http://www.calpoly.edu/~wpatters/lords.html
(lataa vaikkapa wave.exe)
Ilmeisen asiantuntevaa ja luotettavaa tekstiä. Hän on mm. rakennuttanut
ensimmäisen poljettavan helikopterinkin. Tosin kokeessa lentämisen korkeus
ei päätä huimannut.
---
Pyörän hyrrävaikutuksen suuruutta/pienuutta voi kokeilla itsekin seuraavan
pyöränhuollon yhteydessä. Irrota etupyörä ja pidä käsissäsi ilmassa
akselista kiinni pitäen. Saata pyörä pyörimaan vinhasti. Huomaat, että pyörä
pyrkii pitämään akselinsa suunnan ennallaan, vaikka pitäisit kiinni vain sen
toisesta päästä. Tosin ei monen kilpondin voimaa tarvita poikkeuttamiseen.
Eka kerran kokeillessa nousee hymy naamalle ja tekee mieli huutaa muitakin
kokeilemaan.
Hyrrävaikutus ilmennee konkreettisena vasta moottoripyörissä suurissa
nopeuksissa. Ajaminen hankaloituu. Ja ehkä myös katetuissa kummallisissa
maailmanennätyspolkupyörissä, joilla on ajettu yli 130 km/h.
Pattersonin mukaan polkupyörän pitäminen pystyssä on suuresti nopeudesta
riippuvaista. Pienillä nopeuksilla ohjausliikkeet pyrkivät jatkamaan
suuntaansa, suurilla päinvastoin.
Etuhaarukan geometria, painopisteen sijainti ja massan jakautuma ovat
yllättävän merkittäviä ajo-ominaisuuksille. Kahdessa rakentamassani
protopyörässä on hyvin erilaiset ajo-ominaisuudet, vaikka ensi näkemältä
luulisi hyvin samanlaisiksi. Toinen tuntuu menevän kaikissa nopeuksissa kuin
unelma, totellen lähes ajatuksia, kun taas toinen tempoilee ärsyttävästi
kuin villivarsa. Toivottavasti Pattersonin laskelmien avulla saan
villivarsaa kesymmäksi.
"kuappa" <e...@boxbox.invalid> kirjoitti viestissä
news:OCbxa.390$f4....@read3.inet.fi...
> Mistä mahtaa johtua, että hyrrä ja polkupyörä eivät kaadu? Miste tulee se
> voima joka "vetää" näitä kappaleita pystyyn? Onko kyse samasta ilmiöstä
vai
> täysin eri? Yhteistä lienee ainakin se, että molempien pystyssä pysymiseen
> tarvitaan liikettä (hyrrän pitää pyöriä ja pyörän liikkua eteenpäin).
> Selitykset mieluiten lukio tasolla, koska enempää en ole vielä ehtinyt
> opiskella (molemmat lukion mekaniikan kurssit on kyllä käyty kokonaan).
>
> Matti
>
> Ps. Ei, en yritä ratkaista kotitehtävää. Ihan vain mielenkiinnosta
kyselen.