Meeleunen vanuit een voertuig met vaste basis in een bocht.

Mark stelde deze vraag op 09 november 2011 om 12:33.

Hallo,

Wederom heb ik weer een vraag, waarvan ik het antwoord hier hoop te vinden. Het betreft nog steeds het project van de Shell Eco Marathon.

We hebben een auto met drie wielen, twee achter en één voor. Nou willen we weten of het voor de middelpuntzoekende kracht uitmaakt of de bestuurder mee leunt in een bocht.

We nemen aan dat, wanneer de bestuurder van de auto opzij leunt, het zwaartepunt van auto+bestuurder verplaatst wordt. Omdat we twee wielen achter hebben, blijft het voertuig recht op de weg. De normaalkracht blijft dan ook op dezelfde plaats (toch?). Wat je dan krijgt is een hoek tussen de vectoren van Fz en Fn. Geeft dit een extra Fmpz?

We zaten te denken aan krachten optellen als vectoren, maar dan komen we er niet uit. Misschien heeft het te maken met momenten?

De kernvraag is dus: Krijgen we een extra middelpuntzoekende kracht wanneer onze bestuurder meeleunt in de bochten?

Voor verduidelijking heb ik een vlotte schets bijgevoegd.

Bedankt voor uw hulp!

 

Mark

Reacties

Theo op 09 november 2011 om 13:42

> Nou willen we weten of het voor de middelpuntzoekende kracht uitmaakt of de bestuurder mee leunt in een bocht.

De kracht nodig om een bocht door te gaan is mv2/r die door de bestuurder zelf (omdat hij in zijn "traagheid" rechtuit wil blijven gaan) als centrifugaal wordt ervaren.

Aannemend dat met "meeleunen" bedoeld wordt "naar binnen buigen" , hoe verplaatst zich dan het zwaartepunt zich? Grotere r of kleinere r? En dus grotere kracht of kleinere kracht?

> We nemen aan dat, wanneer de bestuurder van de auto opzij leunt, het zwaartepunt van auto+bestuurder verplaatst wordt. Omdat we twee wielen achter hebben, blijft het voertuig recht op de weg. De normaalkracht blijft dan ook op dezelfde plaats (toch?). Wat je dan krijgt is een hoek tussen de vectoren van Fz en Fn. Geeft dit een extra Fmpz?

De figuur is enigszins misleidend want de Fz en Fn zijn steeds tegengesteld en gelijk. Waren ze dit niet dan zou de persoon onder de resulterende kracht of gelanceerd worden omhoog of door de bodem van de auto zakken.

De normaalkracht werkt uiteindelijk alleen op waar de wielen de grond raken. Niet via de lucht op het zwaartepunt. Als je drukmeters zou bevestigen dan zul je zien dat de Fn niet op beide wielen hetzelfde is. De buitenbocht wielen hebben minder normaalkracht (en in omgekeerde richting minder gewicht te dragen) - in extreme gevallen gaat de wagen met 2 wielen door de bocht. Zie James Bond. Maar met alle wielen op de grond is het buitenwiel minder belast dan het binnenwiel. De Fn is anders en daarmee ook de Fw. Maar Fn en Fz maken geen hoek met elkaar. Ze zijn elkaars actie/reactiekrachten paar.

Zie bijlage. Ik ga daarbij er vanuit dat de wielen geveerd zijn en niet stijf aan de auto vastzitten.

Mark op 09 november 2011 om 16:01

Ik dank u voor uw antwoord. Als ik het goed heb, heeft het dus geen positief effect als de bestuurder naar binnen buigt in de bocht.

Dit heeft veel geholpen, nu kunnen we weer verder met het verslag.

Nog een persoonlijke vraag aan u of één van de natuurkundigen van deze website, heeft u misschien zin/tijd om ergens rond eind december/januari ons verslag door te lezen en de natuurkundige elementen te bekijken, en als er dingen in staan die niet kloppen ons aanwijzingen te geven van hoe het wel moet? Dit zou voor ons echt reuzehandig zijn.

Mark

Theo op 09 november 2011 om 16:41

>Als ik het goed heb, heeft het dus geen positief effect als de bestuurder naar binnen buigt in de bocht.

Nee... hoe meer je naar binnen meebuigt, des te meer komt het zwaartepunt naar binnen (richting middelpunt cirkel) te liggen. De straal wordt daarmee wat kleiner en met mv2/r de kracht nodig groter als de rijsnelheid v tenminste niet ook verandert. In geval van extreem meebuigen zou de wagen zelfs kunnen gaan roteren (kantelen op de wielen van de binnenbocht - zie bijlage).

Dat laat zich ook wel een beetje aanvoelen want als v hetzelfde blijft en r kleiner wordt dan ga je dus in minder tijd langs de (kleinere) cirkelomtrek. De hoeksnelheid neemt toe. En dat kost meer kracht. Net als wanneer je de oude cirkel neemt (straal r) maar de snelheid v opvoert.

Je wint pas wat als:

1) je de massa vermindert (kan iemand overgeven tijdens de bocht? - product natuurlijk niet in de auto houden want dan verplaats je alleen wat massa)

2) de verhouding v2/r kleiner wordt. Kleinere v en/of grotere r bijvoorbeeld

>heeft u misschien zin/tijd om ergens rond eind december/januari ons verslag door te lezen en de natuurkundige elementen te bekijken,

Is daar je natuurkundeleraar niet de geschikte persoon voor? Wie hier als beantwoorder leraar is heeft waarschijnlijk ook zo zijn/haar eigen stapel verslagen door te nemen.

Mark op 09 november 2011 om 17:13

> Mijn natuurkunde leraar is tevens degene die mijn profielwerkstuk beoordeelt.

Dat vermoed ik ook. Maar dan is het toch veel spannender en tevredenstellend als je het (bijna) helemaal zelf hebt gedaan en op eigen kracht dat cijfer haalt?

Jan op 09 november 2011 om 19:02

meeleunen heeft wél tot gevolg dat het zwaartepunt van de auto lager komt te liggen en verder van de buitenbochtwielen. Het lijkt me dat dat de neiging tot James-Bondachtige taferelen op die wijze  verminderd kan worden.

Ik denk hierbij ook aan wat ik het mooist vind tijdens motorcrosses, het zijspanwerk. De zijspanrijder heeft er een hele klus aan om de zaak overeind te houden

groet, Jan

Theo op 09 november 2011 om 23:02

Gelijksoortige correcties als die Jan noemt vind je in de zeilwereld natuurlijk ook als mensen buiten boord moeten gaan hangen om te voorkomen dat de boot omslaat. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft achtentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)