FyzWeb - srážky a rotace

Jízda na motocyklu

Při sledování motocyklistických závodů může být pro diváky nebezpečné, když se motocykl po pádu závodníka vlivem tření mezi koly a silnicí postaví zpět na kola a pokračuje v jízdě, dokud nenarazí do překážky.

? Jak je možné, že motocykl jedoucí bez řidiče nespadne?

Pokus: Situaci s motocyklem si můžete zjednodušeně vyzkoušet s libovolnou mincí. Pozorujte, co se děje s mincí, kterou necháte skutálet po mírně nakloněné rovině - například sešitu nebo dřevěné desce.

I když minci vypustíte trochu nakřivo, postupně se srovná, postaví se kolmo na hranu a skutálí se dolů.

Pokusíme se vysvětlit pozorované chování mince.

Předpokládejme, že mince sjíždí po nakloněné rovině dopředu směrem od nás a při vhození na podložku je odkloněna trochu doprava od svislého směru. V okamžiku kontaktu s podložkou se vlivem tření roztočí tak, že vektor její úhlové rychlosti míří doleva viz obr. 6.

Můžeme uvažovat, že mince představuje roztočený setrvačník, na který působí vzhledem k podložce moment M tíhové síly F_g. Rameno r tohoto momentu míří od místa kontaktu mince s podložkou do těžiště mince. Ze vztahu (56) potom vyplývá, že vektor M míří dopředu ve směru pohybu. Moment síly působí podle druhé věty impulsové (52) změnu hybnosti mince, a jestliže se nemění její moment setrvačnosti, projeví se tato změna stočením osy rotace mince. Vektor změny úhlové rychlosti Dw je přitom rovnoběžný s vektorem M, takže mince se vzhledem k nám otočí kolem svislé osy doprava.

obr. 6

Mince zatočí doprava, avšak její těžiště se snaží setrvat v původním směru pohybu. Třecí síla od podložky tak způsobí, že mince natočená napříč ke směru pohybu se překlopí na druhou stranu. Moment tíhové síly při překlopení změní směr, a mince se proto tentokrát začne otáčet doleva kolem svislé osy.

Celá situace se rychle opakuje, přičemž výchylky mince na jednu a druhou stranu se postupně zmenšují. Tento „vrtkavý“ pohyb je dobře vidět na začátku, než se pohyb mince ustálí.

Pokud je počáteční výchylka příliš velká a tření mezi mincí a podložkou malé, mince samozřejmě podklouzne a spadne.

Vliv třecí síly můžeme okomentovat trochu hlouběji, viz Podrobnosti.

Popsaný vliv třecí síly například způsobí, že přední kolo kolmo jedoucího motocyklu bude udržováno v rovině pohybu (nebude zatáčet).

Ze stejného důvodu je možné jet na kole, nebo i na motocyklu, bez držení řidítek, to ale raději nezkoušejte - pokud je totiž náhodná výchylka příliš velká, kolo se nestačí vrátit do původního směru a vy přelétnete přes řidítka.

Na pohyb mince při našem pokusu má vliv jak tíhová, tak třecí síla. Mohli bychom tedy uvažovat výsledný moment obou těchto sil a sledovat, jak tento moment ovlivňuje vektor úhlové rychlosti mince, což je poněkud náročnější na představivost.

Při pohybu motocyklu se rychle otáčející kola chovají obdobně jako mince. Proto může jet motocykl poměrně dlouho dobu bez řidiče, přičemž se jeho kola srovnají do směru jízdy.

Z výsledku pokusu s mincí je také vidět, proč je možné při jízdě na kole zatáčet pouze nakloněním kola. Přední kolo se chová opět jako setrvačník a při naklonění doprava od svislého směru se kolo zároveň pootočí doprava.

<< Precese - pokračování

Jízda na motocyklu - pokračování >>

Na obsah