Техникийн курс нь булангийн сайн ур чадвар шаарддаг. Гэхдээ физикийн үзэж байгаагаар та тавцан дээр гарахаасаа өмнө дугуйгаа хэр хол эргүүлж чадах вэ?
Эрдэмтэд унадаг дугуйн тэнцвэрт байдлыг юунаас бүрдүүлдэг талаар та эртний пенни фартинг байсан үеэс хойш эргэлзсээр ирсэн. Олон мэргэжилтнүүд эргэдэг цагираг нь дугуйг гироскоп шиг харагдуулахыг санал болгосон боловч энэ нь тийм ч энгийн зүйл биш юм. Ноттингемийн их сургуулийн хэсэг инженерүүд унадаг дугуйн хөдөлгөөнд нөлөөлдөг 25 тусдаа хувьсагчийг тодорхойлсон бөгөөд Тийм ба жолоодлого нь гироскопийн прецесс, хажуугийн газрын урвалын хүч зэрэг олон нөлөөлөлтэй холбоотой тул энгийн тайлбар хийх боломжгүй юм. урд дугуйн дээр, жолооны тэнхлэгийн ард байгаа газартай холбоо барих цэг, таталцал болон инерцийн урвалууд…'
Мэдэгдэж байгаа зүйл бол дугуй 14км/цаг (9 миль/цаг) хурдтай хөдөлж байгаа бол дугуйчингүйгээр босоо байрлалтай байж чадна. Гэхдээ дахин эрдэмтэд яагаад гэдгийг тайлбарлаж чадахгүй байна.
Тийм арын дэвсгэр дээр гулзайлтын нэмэлт хэмжээсийг оруулаад, цардмал замд хүрэхээсээ өмнө буланд хазайж болох өнцгийг тооцоолох нь нарийн төвөгтэй ажил болох нь ойлгомжтой. Тохиромжтой нөхцөлд 45° өнцгийг харах боломжтой, гэхдээ бид яаж тэр цэгт хүрэх вэ?
“Унадаг дугуй болон унадаг дугуйн дээр гурван бодит хүч үйлчилдэг гэдгийг бид мэднэ” гэж АНУ-ын Зүүн Өмнөд Луизианагийн Их Сургуулийн физикийн дэд профессор Ретт Аллайн хэлэв.
‘Таталцлын хүч дугуй болон унаачийг доош түлхэж байна; Бидний "хэвийн" хүч гэж нэрлэдэг дээш түлхэх зам байгаа бөгөөд дугуйг хөдөлж буй дугуй замын төв рүү түлхэж буй үрэлтийн хүч байдаг.'
Хуурамч хүч
Төвөөс зугтах хүч бас бий."Энэ нь нөлөөлж байгаа ч хуурамч хүч" гэж Аллайн хэлэв. Олон физикчид төвөөс зугтах хүч гэж байдаггүй бөгөөд зүгээр л төвөөс зугтах хүч дутагдалтай гэж маргадаг. Энэ нь дугуйг тойрог замд байлгахын тулд хиймэл дагуулыг дотогш татах таталцлын хүчтэй төстэй тойрог хэлбэрээр хөдөлдөг дотогш татах хүч юм.
Үүнийг F=mv2/r тэгшитгэлээр тооцоолсон, энд F нь төв рүү чиглэсэн хүч (Ньютон), m нь дугуй ба дугуйны жин (кг), v нь хурд (м/с) ба r нь булангийн радиусыг метрээр илэрхийлнэ.
“Эргэлтийн физик нь та үүнийг дотогшоо радиаль хурдасгах замаар хийдэг бөгөөд энэ нь төв рүү тэлэх хүч юм” гэж Массачусетсийн Технологийн Их сургуулийн инженерийн гавьяат профессор Дэвид Вилсон хэлэв.
‘Хүч нь дугуйнаас ирэх ёстой. Дугуйны урвал ба радиаль хүчний хослол нь унадаг дугуй болон унадаг хүний хүчинтэй тохирч байхаар дугуй бөхийх ёстой.’
Мөн таныг хэр хол бөхийлгөж болохыг тодорхойлох гол зүйл бол үрэлтийн коэффициент бөгөөд энэ нь хоёр биеийн хоорондох үрэлтийн хүч ба тэдгээрт үйлчлэх хүчний харьцаа юм – энэ тохиолдолд дугуй ба цардмал.
Ихэнх хуурай материалын үрэлтийн утга 0,3-аас 0,6 хооронд байдаг бол асфальттай шүргэлцсэн резин нь нэгээс хоёрын хооронд үрэлт үүсгэдэг. Гадаргуу нь бие биентэйгээ харьцангуй хөдөлж байх үед - дугуйны дагуу - энэ үзүүлэлт бага зэрэг буурдаг.
Унадаг дугуйг босоо байлгахын тулд хажуугийн хүч (төв рүү тэмүүлэх) нь үрэлтийн коэффициенттэй тэнцүү байх ёстой бөгөөд энэ үзүүлэлт нь гайхалтай том байж болно. Жишээлбэл, 70 кг жинтэй 10 кг дугуйтай 20 метрийн радиустай муруйг тойрон 20 миль/цаг хурдтай давхиж байгаа хүн 316 Ньютон төв рүү чиглэсэн хүчийг мэдэрдэг.
Энэ хүчийг дугуй үүсгэх ёстой бөгөөд хэрэв хүч байхгүй байсан бол дугуй болон унадаг дугуй зүгээр л нэг шулуун замаар явах байсан.
Бүтэн номыг дүүргэх гайхалтай тригонометрийн тооцооллыг ашиглавал үрэлтийн коэффициент нь хамгийн их налуу өнцгийн шүргэгч функцтэй тэнцүү байна.
“Үрэлтийн коэффициент хэтэрсэн үед дугуй гулсах болно” гэж Абериствейтийн их сургуулийн спортын шинжлэх ухааны багш Марко Аркештейн хэлэв. ‘Энэ нь үрэлтийн хүч нэмэгдэж [жишээ нь булангаар дамжих шугамыг чангалсны улмаас] эсвэл хэвийн хүч буурсантай холбоотой [замын хонхорхойн улмаас] байж болно.'
Үрэлтийн коэффициент нь мөн гадаргуугийн өөрчлөлтөөс болж өөрчлөгдөж болно. Тийм ч учраас цагаан шугамаар буланд орох нь аюултай байж болно. "Энэ нь ялангуяа нойтон үед үнэн байдаг" гэж Arkesteijn хэлэв. ‘Будаг нь сүвэрхэг чанар багатай тул ус тараахгүй.’
Унаачийн жин
Урьдчилагчдын жингийн асуудал асуудлыг улам хүндрүүлж байна. "Физикийн хувьд жижиг залуус илүү бөхийх чадвартай байх ёстой" гэж Arkesteijn хэлэв. ‘Тэд мөн ихэвчлэн илүү уян хатан байдаг, энэ нь тусалдаг.’
Аллейн тийм ч тодорхой биш байгаа нь унаачны жин бага зэрэг чухал боловч дугуйн дээр нэмсэн дугуйн жингийн төв нь илүү чухал гэдгийг харуулж байна.
‘Эцсийн эцэст энэ бол хамгийн чухал хүчин зүйл” гэж тэр хэллээ. Илүү хүнд морьтон хүмүүс илүү өндөр морьтон байдаг, ялангуяа пропелотонд байдаг бөгөөд энэ нь тэдний хүрээний хэмжээ том, массын төв нь өндөр байдаг гэсэн үг юм. Та мөн замын нөхцөл байдлыг харгалзан үзэх хэрэгтэй. Хэрэв та хязгаарт хүрсэн бол замд овойх нь бартаат алдаж, унахад хүргэдэг.
Их Британийн замууд бороо ороход илүү сүвэрхэг, хальтиргаа гулгаанаас сэргийлдэг тул манай эх газрын Европын үеэлүүдийнхээс илүү бартаатай байдаг. Тийм ч учраас манай зам бүдүүлэг байдаг. Гэвч хүйтэн жавар гэмтсэнээс болж тэд ихэвчлэн илүү овойж, нөхцөл байдал улам дорддог тул Францад хуурай үед дугуй унах, жолоодох нь туйлын баяр баясгалантай байдаг.
Энэ бүхний дараа хамгийн их бөхийх өнцөг хэд вэ? Механик, инженерийн профессор Жим Пападопулосын хувьд эцсийн нэг хүчин зүйл болох мөрийг оруулах хүртэл үүнийг хариулж чадахгүй.
Энэ бол жолоодлогын хоолойгоор газар руу чиглэсэн төсөөллийн шугам юм. Хэрэв энэ цэг нь дугуйны газартай харьцах цэгийн өмнө байгаа бол энэ нь "эерэг" гэж тооцогддог бөгөөд илүү тогтвортой байна. Унадаг дугуй нь ард нь хөмрөх магадлал өндөр байдаг. Таныг бөхийх тусам мөр багасдаг.
“Унадаг дугуйчид эерэг чиглэлийн бүсэд үлдэж, 45°-аас хэтрдэггүй” гэж тэр хэлэв. Энэ нь ихэвчлэн бага байдаг, гэхдээ эргэлт нь 5 м-ээс их радиустай үед та 45 ° хүрч чадна. Учир нь зам нь асуудал багатай болж, дараа нь бид зүтгүүрийн асуудал руу буцна.'
Тиймээс хурдан, өргөн, сайн гадаргуутай эргэлтэнд 45°-ыг эргүүлэх боломжтой, гэхдээ маш олон хувьсагч тоглож байгаа тул харамсалтай нь тодорхой хариулт байхгүй байна. Та хэр зэрэг хазайж чадах вэ гэдэг нь туршилт, алдаа (хэт зовиургүй гэж найдаж байна).
