מחשבה בנושא מרכז כבד ונחיתה על האף

[יקיר גרין]

בעקבות הדיונים הטעונים לגבי באחה צאלים עלתה לי מחשבה ...

ארכימדס גילה לנו שגוף יפול באותה תאוצה (ולכן אותה מהירות) בלי קשר למשקלו (כדור ספוג וכדור פלדה באותו קוטר יפלו בדיוק באותה מהירות).

למה, אם כן, רכב שחלוקת המשקל שלו היא 90% מלפנים ו-10% מאחור ינחת מקפיצה עם האף למטה יותר מרכב מאוזן או אפילו עם חלוקה הפוכה? (שני קצוות הרכב יחוו את אותה תאוצה).

התחושה שלי היא שהסיבה האמיתית להבדל היא התמודדות המתלה הקדמי/אחורי עם הרמפה ... מתלה רך יותר יספוג יותר, וקצה הרכב שמעליו יזנק פחות. עוד שיקול הוא מהלך מתלה וסגירת מתלה בזינוק.

יש למישהו רעיונות נוספים להסביר את התופעה?

[איציק - 4X6ZH]

למה למטוסים יש מנוע כוכבי ?
מה עושה מנוע טורי למטוס בסיבוב .?
למה אופנוען בקפיצה נותן גז או לא נותן גז ?

איציק

[אביעד פ.]

בעקבות הדיונים הטעונים לגבי באחה צאלים עלתה לי מחשבה ...

ארכימדס גילה לנו שגוף יפול באותה תאוצה (ולכן אותה מהירות) בלי קשר למשקלו (כדור ספוג וכדור פלדה באותו קוטר יפלו בדיוק באותה מהירות).

למה, אם כן, רכב שחלוקת המשקל שלו היא 90% מלפנים ו-10% מאחור ינחת מקפיצה עם האף למטה יותר מרכב מאוזן או אפילו עם חלוקה הפוכה? (שני קצוות הרכב יחוו את אותה תאוצה).

התחושה שלי היא שהסיבה האמיתית להבדל היא התמודדות המתלה הקדמי/אחורי עם הרמפה ... מתלה רך יותר יספוג יותר, וקצה הרכב שמעליו יזנק פחות. עוד שיקול הוא מהלך מתלה וסגירת מתלה בזינוק.

יש למישהו רעיונות נוספים להסביר את התופעה?

החלק הקדמי של האוטו ניתק מהקרקע ראשון, חלק זה במקרה גם הוא החלק הכבד יותר, אך המשקל אכן אינו משפיע על מהירות הנחיתה. בחישוב מהיר אם הגלגלים האחורים עוזבים את הקרקע 10 מאיות השניה לאחר הגלגלים הקדמיים, לחלק הקדמי של הרכב יהיה 'פור' תאוצתי של עשירית השניה.
במושגי תאוצה תאורטיים זה אומר שהוא יהיה במהירות הגבוהה במטר לשניה מכל מהירות של החלק האחורי.

מרגע ששניהם נותקו מהקרקע, תאוצתם תהיה זהה אך מהירות החלק הקדמי של האוטו תקדים במטר לשניה את מהירות החלק האחורי של האוטו.

בקפיצות עם אופנועים למשל, יתגברו על הבעיה הזאת עם משיכה עזה של הכידון (ואיתו החלק הקדמי של האופנוע) כלפי מעלה בסמוך למועד ניתוק הגלגל הקדמי ובכך יפצו על המהירות הגבוהה יותר של החלק הקדמי.

כל זאת כמובן, באופן תאורטי.
אביעד.

[Juv]

שנים שלא התעסקתי עם פיזיקה כזאת, אבל בגדול אתה "משגר" את הרכב בזווית X ובמהירות V. הנקודה שאמורה להתעופף במסלול היא כמובן מרכז הכובד שמיקומו ישתנה עפ"י חלוקת המשקל ברכב ולכן המסלול של הרכב ישתנה התאם למרכז הכובד שלו
באותו הזמן, הגלגלים באוויר ולכן החלק הקדמי והאחורי יסתובבו מעלה/מטה סביב מרכז הכובד בהתאם למומנט שהם יוצרים סביב מרכז הכובד. נראה לי שזאת הסיבה העקרית לכך שחלוקת משקל קדמית תגרום להפלת האף בזמן הקפיצה.
משחקים עם הגז לפני הקפיצה וכו' פשוט משנים את מרכז הכובד האפקטיבי ואת חלוקת המומנטים האפקטבית.

[הצפרדע]

יקיר היקר - הרכב הוא מקשה אחת ולא ניתן לנתקו מלאכותית לשני חלקים לפי הנוחיות...

הכוחות שפועלים עליו פועלים ישירות על מרכז המסה, ולכן אם מרכז המסה נמצא מקדימה, זה החלק שיימשך לקרקע ואם הוא מאחור, זה החלק שיימשך לקרקע.

בנוסף, פועלים על הרכב מומנטים אחרים(גלגול, עלרוד וסיבסוב) הגורמים למסה להסתובב סביב ציר כזה או אחר, במהלך התנועה שלה קדימה ולמטה אל הקרקע - ראה את רצף התמונות של ההמראה של הבאגי של אלעד GASGAS באותו מירוץ, ותבין את אופן פעולת המומנטים.

זה די דומה לשיגור עצם כלשהו כלפי מעלה ע"י מעוט או בכל דרך אחרת. תחשוב על זה כמו על רקטה(קסאם, למשל ) שניתן לחשב את מסלולה והתהגותה בזמן מעופה באויר.

כאן משגרים רכב עם מרכז מסה נתון בזוית מסויימת ובמהירות מסויימת כלפי מעלה, ודי ברור איך היא תתנהג.

קרא גם מה שכתב JUV.

[יקיר גרין]

יקיר היקר - הרכב הוא מקשה אחת ולא ניתן לנתקו מלאכותית לשני חלקים לפי הנוחיות...

הכוחות שפועלים עליו פועלים ישירות על מרכז המסה, ולכן אם מרכז המסה נמצא מקדימה, זה החלק שיימשך לקרקע ואם הוא מאחור, זה החלק שיימשך לקרקע.

...

קרא גם מה שכתב JUV.

ברוך, (המבורך?)

אני קורא את כל מה שכותבים!
מפריע לי המשפט שלך שמרכז הכובד יגרום לחלק שבו הוא נמצא להמשך למטה ... כל חלק וחלק ברכב מאיץ למטה בדיוק באותה תאוצה! בלי קשר למשקלו, ולכן זה לא אמור להשפיע.

הערב אני אנסה לערוך ניסוי ע"י רכב לגו לא ממוע מזנק מרמפה ... נשנה את מרכז הכובד ונראה איך הוא נוחת ...

הציפיה שלי היא שלא משנה איפה מרכז הכבד נמצא, הוא תמיד ינחת עם החזית קודם כפי שנובע מהתשובה של אביעד.

לגבי שיקולי הממונטים, שJUV כתב וצביקה רמז, המצב לא משתנה אם המנוע נמצא מלפנים או במרכז הרכב.
ודרך אגב, צביקה, מנוע כוכבי מייצר בדיוק את אותו מומנט פיתול כמו מנוע טורי, הוא פשוט רועד פחות וקצר יותר.

[Juv]

"לגבי שיקולי הממונטים, שJUV כתב וצביקה רמז, המצב לא משתנה אם המנוע נמצא מלפנים או במרכז הרכב."

בטח שישנה. תחשוב על מוט באורך מטר, כאשר במרחק +20 ס"מ מהמרכז יש משקולת של ק"ג ובמרחק -50 ס"מ מהמרכז (קצה המוט לצד השני) יש משקולת של 400 גרם. מרכז הכובד יהיה בדיוק באמצע המוט.
עכשיו קח את המוט הזה ותתחיל להניע אותו במהירות לקראת רמפה. נניח שבמקרה הראשון הקצה ללא המשקולת מגיע ראשון לקצה הרמפה, המומנט שלו כלפי מטה מקצה הרמפה יהיה קטן יחסית למקרה שני בו הקצה עם המשקולת של הק"ג תגיע ראשונה לקצה הרמפה (נקודת הסיבוב לצורך חישוב המומנט ברגע תחילת הקפיצה הופכת להיות נקודת קצה הרמפה, לפחות ברגעים הראשונים של עזיבת הקצה הקדמי את הרמפה. אני מניח שעם קצת (הרבה) עבודה ניתן לפתח פונקציה מדוייקת שתתאר את התפתחות המומנטים כתלות בזמן).
כלומר, בשני המקרים מרכז הכובד באותו נקודה של המקל, המהירות זהה והרמפה אותה רמפה אולם רק בגלל המומנטים שנוצרים בכל אחד מהשיגורים מרכז הכובד יעזוב את הרמפה בזוויות שונות ומעוף המקל יהיה שונה לחלוטין כאשר זווית החרטום שונה לחלוטין בכל אחד מהמקרים.
זה הסבר ארוך מאוד למשהו די הגיוני וטרוויאלי.

[asafk]

הנה בשניים- שלושה משפטים משהו לחשוב עליו...
עד הרגע שהגלגלים האחוריים מתנתקים הרמפה הרכב מעלרד סביב הגלגלים האחוריים.
באותו רגע בדיוק, ככל שמרכז הכובד של הרכב רחוק יותר לפנים, המומנט שהוא מפעיל סביב אותה נקודה- גדול יותר, ולכן התאוצה הסיבובית סביב אותה נקודה - גדולה יותר.

מהרגע שהגלגלים האחוריים ניתקו מהקרקע, הרכב ממשיך במסלול בליסטי. אבל בגלל שהוא התחיל כבר קודם בתנועת עילרוד, הוא לא מפסיק. אין כוח שיגרום לו להפסיק, עד, כמובן, הפגיעה בקרקע. ההבדל הוא שבזמן שהרכב באוויר, העלרוד הופך להיות סביב מרכז הכובד (וכבר לא סביב הגלגלים האחוריים)

אסף.

[יקיר גרין]

הנה בשניים- שלושה משפטים משהו לחשוב עליו...
עד הרגע שהגלגלים האחוריים מתנתקים הרמפה הרכב מעלרד סביב הגלגלים האחוריים.
באותו רגע בדיוק, ככל שמרכז הכובד של הרכב רחוק יותר לפנים, המומנט שהוא מפעיל סביב אותה נקודה- גדול יותר, ולכן התאוצה הסיבובית סביב אותה נקודה - גדולה יותר.

סוף סוף, נפל האסימון!
הבנתי את הנקודה!
ברוך, אתה צודק, מתי מוסיפים משקולות לרכב של גל? (רק בשביל הבטיחות שלו!!)

[asafk]

רגע, עד עכשיו דיברנו רק על ההמראה. אבל גם הנחיתה חשובה, אפילו יותר.
רגע הנחיתה. המשקל נופל על המתלה הקדמי. המתלה, מצידו, נסגר ואוגר אנרגיה. אם המתלה קצר, מהר מאוד מגיעים לבאמפסטופ, ואז הגלגלים הקדמיים הופכים לציר. למרכז המסה עדיין יש מהירות (תנע) לכיוון האופקי, והוא נמצא מעל אותו ציר. עכשיו שימו לב לדבר מעניין. בהמראה, כל שמרכז הכובד היה יותר קדימה, מומנט העילרוד היה גדול יותר. עכשיו, הציר הוא הגלגלים הקדמיים, וככל שמרכז הכובד יותר אחורה... ובהנחה שהרכב נוחת באותה זווית יחסית לקרקע... מרכז הכובד יותר גבוה, ויותר רחוק מציר הסיבוב, ובמילים אחרות - יאיץ את התנועה הסיבובית יותר. מה שהיה יתרון בהמראה הופך לחיסרון בנחיתה. כאן יש יתרון עצום לרכב עם הנעה קדמית, או הנעה לכל הגלגלים ודיפ נעול - נהג קר רוח מספיק יתן כאן את המכת גז של החיים, יגרום לגלגלים הקדמיים לברוח קדימה, לברוח ממרכז הכובד שעומד להשיג אותם. אם מרכז הכובד ישיג את הגלגלים הקדמיים.... טוב, ראיתם את הוידאו.
בנוסף, אם המהירות 0של מרכז הכובד) כלפי מטה גדולה מהמהירות קדימה, ואם הזווית של הנחיתה קטנה מ45 מעלות, גם אז מרכז הכובד לא ישיג את הגלגלים הקדמיים- וזה כבר תלוי, שוב, במהירות ההמראה והמרחק באוויר עד רגע הנחיתה.

ובנוסף להכל, עוד משהו קטן על ההתנהגות בזמן התעופה, מכת גז חזקה באוויר מסובבת את הגלגלים בכיוון הפוך לעילרוד של הרכב, ומיישרת את הרכב - אבל ככל שהיחס בין מסת הרכב למסת הגלגלים הוא יותר גדול- זה פחות משפיע.

אסף.

[אביעד פ.]

טוב, ראיתם את הוידאו.


אסף.

האמת היא שלא ראינו... קישור?


אביעד.

[חנן גולומבק]

רגע, עד עכשיו דיברנו רק על ההמראה. אבל גם הנחיתה חשובה, אפילו יותר.
רגע הנחיתה. המשקל נופל על המתלה הקדמי. המתלה, מצידו, נסגר ואוגר אנרגיה. אם המתלה קצר, מהר מאוד מגיעים לבאמפסטופ, ואז הגלגלים הקדמיים הופכים לציר. למרכז המסה עדיין יש מהירות (תנע) לכיוון האופקי, והוא נמצא מעל אותו ציר. עכשיו שימו לב לדבר מעניין. בהמראה, כל שמרכז הכובד היה יותר קדימה, מומנט העילרוד היה גדול יותר. עכשיו, הציר הוא הגלגלים הקדמיים, וככל שמרכז הכובד יותר אחורה... ובהנחה שהרכב נוחת באותה זווית יחסית לקרקע... מרכז הכובד יותר גבוה, ויותר רחוק מציר הסיבוב, ובמילים אחרות - יאיץ את התנועה הסיבובית יותר. מה שהיה יתרון בהמראה הופך לחיסרון בנחיתה. כאן יש יתרון עצום לרכב עם הנעה קדמית, או הנעה לכל הגלגלים ודיפ נעול - נהג קר רוח מספיק יתן כאן את המכת גז של החיים, יגרום לגלגלים הקדמיים לברוח קדימה, לברוח ממרכז הכובד שעומד להשיג אותם. אם מרכז הכובד ישיג את הגלגלים הקדמיים.... טוב, ראיתם את הוידאו.
בנוסף, אם המהירות 0של מרכז הכובד) כלפי מטה גדולה מהמהירות קדימה, ואם הזווית של הנחיתה קטנה מ45 מעלות, גם אז מרכז הכובד לא ישיג את הגלגלים הקדמיים- וזה כבר תלוי, שוב, במהירות ההמראה והמרחק באוויר עד רגע הנחיתה.

ובנוסף להכל, עוד משהו קטן על ההתנהגות בזמן התעופה, מכת גז חזקה באוויר מסובבת את הגלגלים בכיוון הפוך לעילרוד של הרכב, ומיישרת את הרכב - אבל ככל שהיחס בין מסת הרכב למסת הגלגלים הוא יותר גדול- זה פחות משפיע.

אסף.

אסף תודה רבה על ההסבר המלומד, סוף סוף תגובה שאפשר ללמוד ממנה משהו.
בשרשור של המרוץ הייתה גם תגובה מלומדת של עלעד GASGAS שדיבר על הREBOUND של הבולמים, תגובה שלא זכתה להתייחסות אבל לדעתי גם כן תגובה עם חוכמה בצידה.

[גל שחם]

האמת היא שלא ראינו... קישור?


אביעד.

http://www.youtube.com/watch?v=PcUB11AvVG8

[NadavRally]

למרות שבראלי יש הרבה פחות משקל מאשר ברייד, אני יכול לספר לכם שברכב שלי שהוא מאוד קצר ועם חלוקת משקל מזעזעת זה לא נדיר למצוא אותי בישורת עם הזנב באוויר! ישנם באמפים שנותנים מכה קטנה לחלק הקדמי ופשוט מעיפים את החלק האחורי באוויר ברמה כזו שקשה לראות את הדרך ורק מתפללים שהאוטו ישאר על השביל.

החכמה אצלינו זה לזהות את זה בזמן רישום הנוטס למרות שזה קשה ולא תמיד נמצאים על אותו חלק של השביל כפי שמתכננים בהכרת המסלול.

נדב

[zivo]

בהערה הראשונה שלי לברוך (באשכול המקורי) ניסיתי לשמור על פשטות והערתי שלדעתי גל נופל על האף, ומתגלגל קודם כל בגלל "המכה" בתחת (שיוצרת מומנט עלרוד) בזמן העזיבה של הגלגלים האחוריים (ופחות ממיקום מרכז בכובד). מאחר ואסף נכנס יותר עמוק לפיזיקה, אז הנה עוד חומר למחשבה (באשכול התאורטי הזה..).
המיקום של מרכז הכובד יחסית למיקום הצירים, משמעותי מאוד, כל עוד הצירים משמעותיים - כלומר הרכב על הקרקע! מהרגע שהרכב ניתק מהקרקע ונמצא באוויר, לענינינו, יש שני כוחות מענינים:
1 - האם הרכב קיבל איזה מומנט סיבובי (עלרוד במקרה הזה, אבל גם גלגול על הצד יכול להסתיים לא נעים :-( ).
2- מיקום מרכז הכובד יחסית למרכז העילוי האווירודינמי של הגוף! ברגע שהגוף באוויר מה שקובע זה המיקום היחסי של מרכז הכובד יחסית למרכז העלוי - ללא שום קשר למקום הצירים.
במילים אחרות, גם עם חלוקת המשקל 70/30 (קדימה) אבל המרכז האווירודינמי מעט יותר קדימה - שהרכב באוויר, יווצר מומנט להרמת האף (ולא הורדה)!

עכשיו נחבר את זה להערה של אסף על הבעיתיות של משקל מאחור בזמן הנחיתה \נגיעה בקרקע.....ואולי במקום "למשוך" את המשקל לאחור (מה שיוצר בעיות במבנה ובנחיתה), הפתרון הוא בכלל הוספת כנף הצמדה בחלק האחורי של הרכב???
זה יזיז את מרכז העילוי קדימה ויגרום לרכב לשאוף להרים אף באוויר ולא לשקוע קדימה (כבונוס נקבל הצמדה של הציר האחורי וגרר...)

[mush4x4]

רגע, עד עכשיו דיברנו רק על ההמראה. אבל גם הנחיתה חשובה, אפילו יותר.
רגע הנחיתה. המשקל נופל על המתלה הקדמי. המתלה, מצידו, נסגר ואוגר אנרגיה. אם המתלה קצר, מהר מאוד מגיעים לבאמפסטופ, ואז הגלגלים הקדמיים הופכים לציר. למרכז המסה עדיין יש מהירות (תנע) לכיוון האופקי, והוא נמצא מעל אותו ציר. עכשיו שימו לב לדבר מעניין. בהמראה, כל שמרכז הכובד היה יותר קדימה, מומנט העילרוד היה גדול יותר. עכשיו, הציר הוא הגלגלים הקדמיים, וככל שמרכז הכובד יותר אחורה... ובהנחה שהרכב נוחת באותה זווית יחסית לקרקע... מרכז הכובד יותר גבוה, ויותר רחוק מציר הסיבוב, ובמילים אחרות - יאיץ את התנועה הסיבובית יותר. מה שהיה יתרון בהמראה הופך לחיסרון בנחיתה. כאן יש יתרון עצום לרכב עם הנעה קדמית, או הנעה לכל הגלגלים ודיפ נעול - נהג קר רוח מספיק יתן כאן את המכת גז של החיים, יגרום לגלגלים הקדמיים לברוח קדימה, לברוח ממרכז הכובד שעומד להשיג אותם. אם מרכז הכובד ישיג את הגלגלים הקדמיים.... טוב, ראיתם את הוידאו.
בנוסף, אם המהירות 0של מרכז הכובד) כלפי מטה גדולה מהמהירות קדימה, ואם הזווית של הנחיתה קטנה מ45 מעלות, גם אז מרכז הכובד לא ישיג את הגלגלים הקדמיים- וזה כבר תלוי, שוב, במהירות ההמראה והמרחק באוויר עד רגע הנחיתה.

ובנוסף להכל, עוד משהו קטן על ההתנהגות בזמן התעופה, מכת גז חזקה באוויר מסובבת את הגלגלים בכיוון הפוך לעילרוד של הרכב, ומיישרת את הרכב - אבל ככל שהיחס בין מסת הרכב למסת הגלגלים הוא יותר גדול- זה פחות משפיע.

אסף.

אסף. מכל שאמרת, אם הבנתי נכון, מרכז כובד מאחור היה גורם להתרוממות (או לעליה) נמוכה יותר של החלק האחורי של הרכב בעת הפגיעה בקפל קרקע, ובהמשך בתנועה האופקית הרכב היה במצב בו החלק האחורי נמוך מהקדמי, לגבי הוקטור האנכי בכל מצב עקב המשקל הגבוה יותר של החלק האחורי ,קרוב לודאי שהיה נוחת ראשון ואז מרכז הכובד היה על הציר האחורי ולא על הקדמי ולפיכך לא היה מתבצע גלגול. להערכתי כל זה נכון בתנאי שאפקט הבלימה של כל הבולמים זהה.
תקן אותי אם אני טועה.ז"א מרכז כובד במיקום אחר היה משנה את התוצאה.

[asafk]

אולי. הדיון תיאורטי. מה אם היה חריץ בדיוק בנקודת הנחיתה? מה אם היה שם בור? תלולית? פריקת גלגל? יש מליון משתנים, רובם אקראיים, ולכן אני מנסה להימנע מהתייחסות למקרה ספציפי.
מה שניסיתי לומר על מיקום מרכז הכובד בנחיתה, הוא שבמידה וזווית הנחיתה היא כזו שמיקום מרכז הכובד נמצא גבוה, והזמן שעבר מההמראה הביא את הרכב לנחיתה באופן שהמהירות האופקית שלו גדולה מהמהירות האנכית שלו, והמתלה הקדמי סגור ולא מאיץ (ויש כאן שרשרת ארוכה של תנאים), אז הרכב יתגלגל קדימה.

אסף.