سوف يتذكر جميع محبي السيارات حلبة مونزا القديمة، بتلك الضخامة تقوس في أحد منحنياتها، أو ربما الأشكال البيضاوية التي يتم استخدامها في بعض مسابقات أمريكا الشمالية، مثل إندي 500 أو ناسكار. علاوة على ذلك، فإن جميع السائقين يقودون سياراتهم عبر المنحنيات المنحنية كل يوم دون التفكير في الأمر.
حسنًا، في هذا المقال سأخبرك بكل شيء الأسرار وراء هذه المنحنيات وسأحاول أن أجعلك تفهم كل الفيزياء التي تقف وراءها.
ما هو غير قادر؟
El تقوس المنحنى أو الطريق هو الميل الجانبي أو عدم الاستواء المعطى لسطح الطريق. وإذا كان على منحنى، فإن هذا الميل سينتقل من مركز المنحنى صعودًا إلى خارج المنحنى. لقد تم تصميمه بهذه الطريقة لتحسين سلامة وراحة المركبات التي تسير على الطريق، خاصة في المنحنيات عالية السرعة، مثل تلك الموجودة في حلبات المنافسة. أي باختصار، مع الارتفاع الفائق نشير إلى ارتفاع الجزء الخارجي من الطريق بالنسبة إلى الجزء الداخلي من المنحنى...
ما هو؟
الهدف الرئيسي من غير قادر هو مواجهة قوة الطرد المركزي الذي يعمل على السيارة عندما تأخذ منحنى بسرعة عالية. تميل هذه القوة إلى دفع السيارة خارج المنحنى، مما قد يؤدي إلى فقدان السيطرة أو الانزلاق. وتساعد الأعمال المصرفية على إعادة توجيه بعض هذه القوة نحو مركز المنحنى، مما يسمح للمركبات بالحفاظ على مسار أكثر استقرارًا.
يمكنك رؤية هذه الحيل في جميع أنواع الطرق، سواء على الطرق، أو الطرق السريعة، أو الطرق السريعة، أو الطرق السريعة، وكذلك على حلبات المنافسة المعبدة وغير المعبدة. في كل منها نفس الهدف الذي وصفته في الفقرة السابقة. علاوة على ذلك، فهو لا يوجد فقط في المنحنيات، بل يمكن أن يمتد أيضًا إلى المستقيم قبل المنحنى وبعده ثم ينخفض تدريجيًا.
الفيزياء وراء غير قادر
La قوة الطرد المركزي يبدو أنه يعمل على جسم متحرك في إطار مرجعي غير قصوري، أي نظام متسارع أو يدور. إنها نتيجة للقصور الذاتي والحركة النسبية في نظام متسارع. إنه يعمل في الاتجاه المعاكس لتسارع الطرد المركزي، وهو التسارع الذي يواجهه الجسم عندما يتحرك في دائرة أو مسار منحني. يبدو أن هذه القوة الوهمية تدفع الأجسام إلى الخارج من مركز الدوران في نظام يتحرك بشكل دائري. لذلك، عندما تنعطف السيارة بسرعة ثابتة، فإنها تتعرض لقوة خارجية تعرف باسم قوة الطرد المركزي. هذه القوة هي نتيجة القصور الذاتي للمركبة الذي يدفعها إلى التحرك في خط مستقيم، على طول مسارها السابق، بدلا من اتباع المنحنى.
أي أنه في جسمنا، المركبة في هذه الحالة، تؤثر عليه عدة قوى، كما يتبين في الصورة السابقة، مثل:
- القوة العمودية = رد فعل المستوى N .
- قوة الاحتكاك = قوة احتكاك الإطارات بالأسفلت.
- الوزن = م·جم (الكتلة بسبب الجاذبية).
التبسيط، في المحور الرأسي لا يوجد تسارع، مع وجود حالة من التوازن، لأن السيارة لا ترتفع ولا تنخفض:
Nكوسθ=Frبدونθ+mg
بينما على المحور الأفقي، وتبسيط وتطبيق قانون نيوتن الثاني للحركة الدائرية المنتظمة، لدينا:
Nبدونθ+Frكوسθ=mv2/R
ولذلك، ستبدأ السيارة في الانزلاق في الاتجاه الشعاعي، أي بعيدًا عن المسار، عندما Fr=μN. ومع مراعاة المعادلتين:
N(كوسθ-μبدونθ)=mg
N(بدونθ+μكوسθ)=mv2/R
حل لهذه الصيغ، ل حساب السرعة القصوى التي يمكن للمركبة أن تتحرك عبر المنحنى دون أن تنحرف، يجب تطبيق الصيغة التالية:
على سبيل المثال، تخيل سيارة تسير حول منحنى في طريق نصف قطره 400 متر. ويقدر أن معامل الاحتكاك بين عجلات المركبة والأسفلت الجاف يبلغ 0.65. إذا أخذنا في الاعتبار أن المنحنى مسطح، أي أنه لا يوجد به مصرف، فإن السرعة القصوى التي يمكن أن يتحرك بها دون أن ينفجر هي:
ت = √ (400 · 9.8 · 0.65) = 50.47 م/ث = 181,692 كم/ساعة
من ناحية أخرى، إذا كان المنحنى يحتوي على 15 درجة، فإن السرعة تزيد إلى:
ت = √ [400 · 9.8 · (sin 15 + 0.65 · cos 15 / cos 15 – 0.65 · sin 15)] = 66 م/ث = 237,6 كم / ساعة
كما ترون، تزداد السرعة بشكل كبير عندما يكون هناك بنك…