Տեխնիկական դասընթացը պահանջում է լավ շրջադարձային հմտություններ: Բայց, ըստ ֆիզիկայի, որքան հեռու կարող եք թեքել ձեր հեծանիվը նախքան տախտակամածին հարվածելը:
Գիտնականները տարակուսանքի մեջ են եղել, թե ինչն է դարձնում հեծանիվների հավասարակշռությունը դեռևս հին կոպեկի ժամանակներից: Շատ փորձագետներ առաջարկեցին, որ այդ պտտվող օղակները ստիպում են հեծանիվին վարվել գիրոսկոպի պես, բայց դա այնքան էլ պարզ չէ: Նոթինգհեմի համալսարանի մի խումբ ինժեներներ հայտնաբերել են 25 առանձին փոփոխականներ, որոնք ազդում են հեծանիվի շարժման վրա՝ մեջբերելով, որ «Պարզ բացատրությունը հնարավոր չի թվում, քանի որ թեքությունն ու ղեկը զուգակցվում են էֆեկտների համակցությամբ, ներառյալ գիրոսկոպիկ պրեսեսիան, գետնի կողային ռեակցիայի ուժերը։ առջևի անիվի մոտ, ղեկի առանցքի հետևում ցամաքային շփման կետը, ձգողականությունը և իներցիոն ռեակցիաները…'
Ինչ հայտնի է, որ քանի դեռ հեծանիվը շարժվում է մոտ 14 կմ/ժ արագությամբ, այն կարող է ուղիղ մնալ առանց հեծանվորդի ներկայության: Բայց կրկին, գիտնականները չեն կարող բացատրել, թե ինչու:
Այդ ֆոնի վրա, գցեք ոլորանների ավելացված չափը և հաշվարկել այն անկյունը, որին կարող եք թեքել ոլորաններում, նախքան ասֆալտին հարվածելը, ակնհայտորեն բարդ գործ է: Ճիշտ պայմաններում հնարավոր է տեսնել 45° անկյուն, բայց ինչպե՞ս ենք մենք հասնում այդ կետին:
«Մենք գիտենք, որ կան երեք իրական ուժեր, որոնք գործում են հեծանիվի և հեծանվորդի վրա», - ասում է Ռետ Ալենը, մոլի հեծանվորդ և ԱՄՆ-ի Հարավարևելյան Լուիզիանայի համալսարանի ֆիզիկայի դոցենտ:
«Կա գրավիտացիոն ուժ, որը հրում է հեծանիվը և հեծանվորդը ցած; կա ճանապարհը, որը հրում է դեպի վեր, որը մենք անվանում ենք «նորմալ» ուժ, և կա շփման ուժ, որը հրում է հեծանիվը դեպի այն շրջանաձև ուղու կենտրոնը, որով նա շարժվում է։»
Կեղծ ուժ
Կա նաև կենտրոնախույս ուժ:«Սա իսկապես ազդեցություն ունի, բայց դա կեղծ ուժ է», - ասում է Ալենը: Շատ ֆիզիկոսներ պնդում են, որ կենտրոնախույս ուժ գոյություն չունի, և դա պարզապես կենտրոնաձիգ ուժի բացակայություն է. ներքաշող ուժ, որը ապահովում է հեծանիվը շարժվել այնպիսի շրջանով, ինչպիսին է գրավիտացիան, որը ձգվում է դեպի ներս արբանյակի վրա՝ այն ուղեծրում պահելու համար:
Այն հաշվարկվում է F=mv2/r հավասարման միջոցով, որտեղ F-ը կենտրոնաձիգ ուժն է (Նյուտոններ), m-ը հեծանիվի և հեծանվորդի զանգվածն է (կգ), v՝ արագությունը (մ/վ), իսկ r-ն անկյունի շառավիղն է մետրերով։
«Շրջադարձ վարելու ֆիզիկան կայանում է նրանում, որ դուք դա անում եք շառավղային արագացնելով դեպի ներս, ինչը կախված է կենտրոնաձիգ ուժից», - ասում է Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի ճարտարագիտության վաստակավոր պրոֆեսոր Դեյվիդ Ուիլսոնը:
«Ուժը պետք է բխի անվադողերից: Հեծանիվը պետք է թեքվի այնպես, որ անվադողի արձագանքի և շառավղային ուժի համադրությունը համահունչ լինի հեծանիվի և հեծանվորդի առաջացող ուժին։'
Կարևոր է նաև, թե որքան հեռու կարող եք թեքվել, շփման գործակիցն է, որը երկու մարմինների միջև շփման ուժի և դրանց վրա կիրառվող ուժի հարաբերակցությունն է, այս դեպքում՝ անվադողը և ասֆալտը:
Չոր նյութերի մեծամասնությունը շփման արժեքներ ունի 0,3-ից 0,6 միջակայքում, մինչդեռ ասֆալտի հետ շփվելիս կաուչուկը կարող է առաջացնել մեկից երկուսի ցուցանիշ: Երբ մակերևույթները շարժվում են միմյանց նկատմամբ, ըստ հեծանվավազքի, այս ցուցանիշը մի փոքր նվազում է:
Որպեսզի հեծանիվը մնա ուղղահայաց, կողային ուժը (կենտրոնաձև) պետք է հավասար լինի շփման գործակիցին, և այս ցուցանիշը կարող է զարմանալիորեն մեծ լինել: Օրինակ, 10 կգ կշռող հեծանիվով 70 կգ-անոց հեծանվորդը, որը 20 մ շառավղով ոլորանի շուրջը արագանում է 20 մղոն/ժ արագությամբ, զգում է 316 Նյուտոն կենտրոնաձիգ ուժ:
Այս ուժը պետք է ստեղծվի անվադողերի կողմից, և եթե ուժը չլիներ, հեծանիվն ու հեծանվորդը պարզապես կշարունակեին ուղիղ գծով:
Օգտագործելով որոշ տպավորիչ եռանկյունաչափական հաշվարկներ, որոնք կլցնեն մի ամբողջ գիրք, շփման գործակիցը հավասար է առավելագույն նիհար անկյան շոշափող ֆունկցիային:
«Անիվը կսայթաքի, երբ շփման գործակիցը գերազանցի», - ասում է Մարկո Արկեստեյնը, սպորտային գիտության դասախոս Աբերիստվիթ համալսարանում: «Դա կարող է պայմանավորված լինել շփման ուժի աճով [օրինակ՝ անկյունով գիծը ձգելու պատճառով] կամ սովորական ուժի նվազման պատճառով [ասենք, ճանապարհի ընկճվածության պատճառով]։»
Շփման գործակիցը կարող է փոխվել նաև մակերեսի փոփոխության պատճառով։ Ահա թե ինչու սպիտակ գծի վրա շրջադարձը կարող է վտանգավոր լինել: «Սա հատկապես ճիշտ է թաց ժամանակ», - ասում է Արքեստեյնը: «Ներկը պակաս ծակոտկեն է, ուստի ջուրը չի ցրվում»:
Հեծյալի քաշ
Խնդիրն ավելի բարդացնելու համար հեծյալի քաշի խնդիրն է: «Ֆիզիկայի առումով ավելի փոքր տղաները պետք է կարողանան ավելի շատ հենվել», - ասում է Արքեստեյնը: «Նրանք սովորաբար ավելի արագաշարժ են, ինչն օգնում է»:
Ալենն այնքան էլ որոշակի չէ, ինչը ենթադրում է, որ թեև հեծանվորդի քաշը մի փոքր կարևոր է, սակայն ավելի մեծ նշանակություն ունի հեծանվորդի զանգվածի կենտրոնը:
«Ի վերջո, դա ամենակարևոր գործոնն է», - ասում է նա: Ավելի ծանր հեծանվորդները հակված են լինել ավելի բարձրահասակ, հատկապես պրո պելոտոնում, ինչը նշանակում է, որ նրանց շրջանակի չափսերն ավելի մեծ են, իսկ զանգվածի կենտրոնը՝ ավելի բարձր: Դուք նաև պետք է հաշվի առնեք ճանապարհի պայմանները: Եթե դուք գտնվում եք սահմանի վրա, ճանապարհին բախվելը կարող է հանգեցնել ձգման կորստի և ընկնելու:
Մեծ Բրիտանիայի ճանապարհները երբեմն ավելի ճկուն են, քան մեր մայրցամաքային եվրոպացիների ճանապարհները, քանի որ դրանք ավելի ծակոտկեն են՝ անձրևը կլանելու և սայթաքուն մակերեսը կանխելու համար: Դրա համար էլ մեր ճանապարհներն ավելի կոպիտ են։ Բայց նրանք հաճախ ավելի խորդուբորդ են և ավելի վատ վիճակում են ցրտահարության պատճառով, հետևաբար, թե ինչու Ֆրանսիայում հեծանիվ վարելը և մեքենա վարելը բացարձակ ուրախություն են, երբ չոր է:
Այդքանից հետո ո՞րն է առավելագույն նիհար անկյունը: Մեխանիկական և ճարտարագիտության պրոֆեսոր Ջիմ Պապադոպուլոսի համար դա հնարավոր չէ պատասխանել, քանի դեռ չես նետել մեկ վերջնական գործոն՝ հետքը:
Սա երևակայական գիծ է, որը նախագծված է ղեկի խողովակով դեպի գետնին: Եթե այս կետը գտնվում է գետնի հետ անիվի շփման կետի դիմաց, ապա այն համարվում է «դրական» և ավելի կայուն: Հետևում և հեծանիվն ավելի հավանական է, որ շրջվի: Արահետը նվազեցնում է, որքան ավելի շատ եք հենվում:
«Հեծանվորդները հակված են մնալ դրական հետքի տարածաշրջանում և չեն գերազանցում 45°-ը նիհար», - ասում է նա: «Սովորաբար ավելի քիչ է, թեև երբ շրջադարձը 5 մ շառավղից մեծ է, կարող եք հասնել 45 °: Դա պայմանավորված է նրանով, որ հետքը դառնում է ավելի քիչ խնդիր, այնուհետև մենք վերադառնում ենք ձգողականության խնդրին»:
Այսպիսով, 45° հնարավոր է արագ, լայն, լավ մակերևույթով շրջադարձի դեպքում, բայց այսքան շատ փոփոխականների առկայության դեպքում, ցավոք, վերջնական պատասխան չկա: Որքան հեռուն կարող եք թեքվել, դա փորձության և (հուսով եմ՝ ոչ շատ ցավալի) սխալի դեպք է:
