Matikkaa vai fysiikkaa, potentiaalista dynamiikkaa

[XM-Hannu]

Sopisiko tähän väliin musiikkikevennys:

https://www.youtube.com/watch?v=uMTaxguXxdI" onclick="window.open(this.href);return false;

[olli__o]

Pakko tunnustaa, googletin vastauksen...

[Wesa]

Joo, hyvä käytännön esimerkki keskeisvoimaa hyödyntävästä ikiliikkujasta on ajatusleikki tähtimoottorista jossa kampura paikoillaan ja sylinteriryhmä pyörii. Äkkiseltään tuntuisi että mäntien aiheuttama keskeisvoima on suuremman kehänopeuden johdosta suurempi kammenpolven suunnassa? Nelirivisellä moottorilla voimat saisi tasapainoitettua niin että niiden summa vaikuttaa kokoajan yhteen suuntaan. Sitten vaan motti pyörimään pitkän varren päähän tuottamaan energiaa, -tai leijuttamaan lentolaitetta Adamsilla joskus 30v sitten koitin simuloida em toivottua tulosta, mutta huonolla menestyksellä

Voimia ei tasapainoiteta vaan massoja. Selittänee huonon menestyksen Adamsin kanssa.

Ja tuossa(kin) systeemin sisäiset voimat "tasapainoittavat" toisensa Newtonin III laista johtuen. Ulkoisia voimia moottorin kannalta on painovoima (jota Einsteinin mukaan ei ole olemassa), moottorin tuennasta tulevat voimat ja vetoakseleista tuleva momentti. (Oletin etuvetoiseksi ja etumoottorilliseksi.)

Jep. Jossakin päin Gotlantia olen pentuna nähnyt museossa moottoripyörän jossa eturenkaan sisällä on pyörivä tähtimoottori, kampura kiinni etuhaarukassa..

[Teuski]

Jep. Jossakin päin Gotlantia olen pentuna nähnyt museossa moottoripyörän jossa eturenkaan sisällä on pyörivä tähtimoottori, kampura kiinni etuhaarukassa..

Tais olla Megola ?

[Sitruunaseppä]

jto meinas että Auto tai mikä tahansa härveli, joka ei kulje kulkusuuntaansa vaan kulkusuuntaansa nähden poikittaiseen suuntaan olisi vinkeä näky.

No, sellainen näky tuli mieleen lapsuusvuosien leffasta; https://www.youtube.com/watch?v=GY6l4KCWp08" onclick="window.open(this.href);return false;

[Teuski]

jto meinas että Auto tai mikä tahansa härveli, joka ei kulje kulkusuuntaansa vaan kulkusuuntaansa nähden poikittaiseen suuntaan olisi vinkeä näky.

No, sellainen näky tuli mieleen lapsuusvuosien leffasta; https://www.youtube.com/watch?v=GY6l4KCWp08" onclick="window.open(this.href);return false;

Onhan se jo todellisuuttakin, ainakin melkein, sillä Hummer EV osaa "rapukävelyn"

https://www.youtube.com/watch?v=lsvJShy7-lA

[Mustis]

Rapu ohjausta on ollut pyöräkuormaajissa ja kaivinkoneissa jo vuosikausia.

Ja trukit on kulkenu sivuttain jo pitkään.
https://youtu.be/E2b_69Gpmic" onclick="window.open(this.href);return false;

[XM-Hannu]

"Sitruunaseppä": jto meinas että Auto tai mikä tahansa härveli, joka ei kulje kulkusuuntaansa vaan kulkusuuntaansa nähden poikittaiseen suuntaan olisi vinkeä näky.

Ai tälläst vai...
https://www.youtube.com/watch?v=iKfB659q0ZU" onclick="window.open(this.href);return false;

Mää taas meinasin, et kuuha poikkeaa jatkuvasti kulkusuunnastaan...

[IJN]

Entäs auton pyörät? Ajaessa renkaan ja vanteen jokainen massa-alkio muuttaa suuntaansa koko ajan, pitääkö tuupatata hirveesti energiaa pyöriin että ne pysyvät pyörimässä? Ilmeisesti ei koska suoraan ajaminen on kuitenkin kevyttä ja vasta kääntyminen on raskasta

[laakeri]

Ja trukit on kulkenu sivuttain jo pitkään.
https://youtu.be/E2b_69Gpmic" onclick="window.open(this.href);return false;

Työntömastotrukitkin usein kulkevat sivuittain kuljettajaan nähden.

[jto]

Kaikissa noissa laite kulkee siihen suuntaan johon se kulkee, eli kulkusuuntaansa.

Minun mielestäni kulkusuunta on se suunta johon laite kulkee. Näkisin mielelläni miten kulkusuunta voidaan muulla tavalla määritellä.

[laakeri]

Näkisin mielelläni miten kulkusuunta voidaan muulla tavalla määritellä.

Vesiliikenteessä nimelliskulkusuunta ainakin määritellään hieman toisin

[Xari]

Kaksipäinen tunnelipelastusauto https://www.youtube.com/watch?v=TMJnIZ-uFlk

[Teuski]

Kaksipäinen tunnelipelastusauto https://www.youtube.com/watch?v=TMJnIZ-uFlk

Vastaava on tehty rättäristäkin

Citroën Cogolin 2CV Bicephale
https://www.youtube.com/watch?v=sS7J982Rf60


Spedelläkin oli kaksipäinen Warre:
https://www.youtube.com/watch?v=DCAXm4MpClM

[olli__o]

Näkisin mielelläni miten kulkusuunta voidaan muulla tavalla määritellä.

Vesiliikenteessä nimelliskulkusuunta ainakin määritellään hieman toisin

Se onkin ihan eri juttu ja siksipä on eri termikin, eikä esimerkiksi aurinkopaneelin nimellistehokaan ole sama kuin asia sen juuri sillä hetkellä tuottama teho. Vesiliikenteessä kulkusuuntaa voi vielä tulkita eri tavoin, riippuen mihin verrataan, veden vai pohjan suhteen vai ihan joku muu referenssipiste, toisaalta voi hyvinkin saivarrella että vene kulkee kulkusuuntaansa nähden sivuttain, jos tarkoittaakin kulkusuuntaa veden suhteen ja vesi virtaa ja tuuli sortaa, toisaalta jos puhuu samassa lauseessa ihan eri asioista kulkemisena, niin viisasta olisi täsmentää, onko esimerkiksi toinen "kulku" maanpinnan mukaan ja toinen kiinnitettynä universumin "keskipisteeseen" ottaen huomioon maapallon pyöriminen, kiertoliike auringon ympäri ja aurinkokunnankin liike.

[olli__o]

...
Formulatkin kiertävät hotwheels- rataa kierroksesta toiseen hidastumatta lainkaan. Eikä potentiaali (energia) vähene ollenkaan.
...

Keskustelu on poikennut tästä, mutta jos kitka jätetään huomiotta, niin noin käy, mutta kierroksen aikana nopeus kyllä vaihtelee, kun kineettistä energiaa muutetaan potentiaalienergiaksi ja takaisin, eli huipulla on hitain nopeus ja pohjalla suurin. Itse mietin juuri hotwheels looppia, ja sen tuloksen varmistin vielä googlesta, ei ole salaperäista poikkeutusenergiaa (toki tietysti kitkavoimat lisääntyvät, kun keskipakoisvoimat vaikuttavat).

Vaikka loop the loop physics -hakusanoilla löytää ongelman:
Kuinka korkea kiihdytysliuku minimissään tarvitaan että kappale pysyy loopin "katossa", siinä ei käytetä ratkaisussa poikkeutusenergioita. Ja voi miettiä myös: jos loopin kääntäisi vaakasuoraan.

Todellisuuden kanssa tuolla ei ole paljoakaan tekemistä, koska kitkaa on aina, kuten autojen käännöksissäkin.

[laakeri]

Spedelläkin oli kaksipäinen Warre:
https://www.youtube.com/watch?v=DCAXm4MpClM

Tuo tuli nähtyä livenä purkaamolla Lahdessa, muistaakseni vuonna 2003.

[XM-Hannu]

Vaikka loop the loop physics -hakusanoilla löytää ongelman:

Milloinkahan teemapuistoissa pääsee ajelemaan läpi silmukoita? Sekin voisi olla aika vinkeää... (määritelläänkö sana "vinkeä")

Eräs minulle hyvin tuttu maantie täällä meilläpäin on 20-25v sitten perusparannettu mutkia poistamatta, joten niitä riittää aivan mukavasti. Nopeusrajoitus on 80. Jos tuota ajaa järkvästi, kaasupolkimella likimain tasanopeutta pitäen, se tie on ihan mukava. Mutta jos ajaa vakkarilla vaikka 75km/h, niin usein hämmästyy mutkissa, kun vakkari pyytää koneelta lisää tehoa, vaikka itse samoissa kohdissa hieman keventäisi kaasupoljinta.

[olli__o]

Vaikka loop the loop physics -hakusanoilla löytää ongelman:

Milloinkahan teemapuistoissa pääsee ajelemaan läpi silmukoita? Sekin voisi olla aika vinkeää... (määritelläänkö sana "vinkeä")

Eräs minulle hyvin tuttu maantie täällä meilläpäin on 20-25v sitten perusparannettu mutkia poistamatta, joten niitä riittää aivan mukavasti. Nopeusrajoitus on 80. Jos tuota ajaa järkvästi, kaasupolkimella likimain tasanopeutta pitäen, se tie on ihan mukava. Mutta jos ajaa vakkarilla vaikka 75km/h, niin usein hämmästyy mutkissa, kun vakkari pyytää koneelta lisää tehoa, vaikka itse samoissa kohdissa hieman keventäisi kaasupoljinta.

Ensin pitää määritellä myös sana "ajaa", jos riittää huvipuiston laitteen vaunussa ajelu, niin vaikka heti, pelkkiä perussilmukoita ei taida hirveästi olla, mutta erilaisilla sivukiemuroilla kyllä monta Suomessakin.

Jos taas tarkoitat vaikka omalla autolla silmukkaan pääsemistä: ei ikinä ellet itse rakenna silmukkaa (vaikka tuo Hotwheels on tehnyt monta kertaa myös oikeilla autoilla ajettavia mainossilmukoita ja romuakin on saatu aikaan https://www.youtube.com/watch?v=jVS4ts1A-ao" onclick="window.open(this.href);return false;)

Autolla tuon mutkahidastumisen huomaa hyvin vakkarilla, ei kannata käyttää talven liukkailla tai vakkari voi alkaa sutimaan/puskemaan se kun yrittää kiihdyttää mutkan tiukentuessa ja vauhdin hidastuessa. Vakkari-ilmiön huomaa myös kun pääsee jyrkän mäen päälle, erityisesti vanhan ajan vakkareissa oli ikävä viive/iso hysteresis, eli se kiihdyttää vielä hetken mäen päättymisen jälkeen ja saavuttaa sen tavoitenopeuden vasta huipun jälkeen ja sitten ottaa äkkiä kaasua pois ja tulee hieman huvipuiston vuoristorata ilmiö. Ihminen (useimmat ainakin) osaa ennakoida kun näkee kurvin tai mäen ja vaikkei tunnu siltä niin kaasu kevenee juuri sopivasti/sopivassa kohdassa (ja nopeuskin hieman vaihtelee) vaikka saattaisi itse ajattelisi että ajaa vakiokaasulla ja vakionopeudella.

[XM-Hannu]

Kokeilinpa yhtenä kesäyönä karkeasti mittailla vapaalla rullaavaa autoa. Apuna käytin navigaattorin nopeusnäyttöä, ja tievarren katuvalotolppia. Tulokset enemmän tai vähemmän tarkkoina:

Ensin liikenneympyrä. Auton keskilinjalla ajoympyrän halkaisija noin 11m. Lähestymisnopeus mahdollisimman tarkasti 36 km/t. N.15 metriä ennen ympyrää vaihde vapaalle, ensin n.30 asteen käännös oikealle, ja sen jälkeen vasemmalle niin kauan kuin auto liikkuu. 2,5 kierrosta meni. Kokeilin kahteen kertaan, sama tulos. Vapaalla ensin 25 m oikeaan, ja sitten 2,5 x 11 x 3,14 m = 25m + 86m = 111m. Liike-energia, joka autolla oli, hukkaantui siis 111m matkalla olemattomiin.

Sitten suora tasainen tie, (joka ei ollutkaan tarpeeksi pitkään tasainen). Taas alkunopeus 36, ja 5m ennen tolppaa vapaalle. Rullasi 330 m jolloin tie ehti jo nousta reilun metrin. Takaisinpäin taas 36km/t, ja vapaalle äskeisen pysähtymispaikan lähimmän tolpan kohdalla. 570 m rullasi. Keskiarvo siis 450 m.

Yhteenveto: Ympyrässä liike-energia riitti 111m, suoraan ajaessa liike-energia riitti 450 m:n matkaan. Virhemarginaali varmaankin +-25%. Tulos lienee kuitenkin suuntaa antava .

[XM-Hannu]

Satunnaisesti kun olen asiaa pyöritellyt mielessäni, olen päätynyt seuraavaan lopputulokseen:

Energia, joka kappaleen siirtämiseen kuluu, on voima x kuljettu matka. Mitä suurempi nopeus käännyttäessä on, sitä suurempi sivuttaisvoima (keskipakoisvoima) on. Kaarreajo siis kuluttaa energiaa, ja vapaalla rullatessa kulutettu energia on pois muusta liike-energiasta.

Tässä vaan muuttujia on niin monta, että matemaattista kaavaa on liki mahdotonta muodostaa. Ainakin minulle. Voisiko tuon muodostaa kääntymiskulman funktiona? Kuluttaako lopultakin pitkä loiva 90 asteen käännös yhtä paljon energiaa, kuin vastaava jyrkkä käännös paljon lyhyemmässä ajassa?

[olli__o]

Vastaus lopun kysymykseen:
- KYLLÄ
- EI

Ja molemmista helppo löytää testiesimerkki (kaikkea ei kannata kokeilla kuin suljetulla alueella)
- Minimaalinen säde: auto käännetään "väkisin" ja energia hukkuu sivuluisuun, eikä liike-energiaa ole ollenkaan käännöksen jälkeen (voi olla hankalaa veivausta ilman jarrua saada suorasta puhtaaseen sivuluisuun, mutta luulisi onnistuvan ainakin ohjaamalla ensin väärään suuntaan, mutta voihan alkunopeuden ottaa vaikka lukkojarrutuksen päättymisen jälkeen?). (auto ja alusta kannattaa valita harkiten, ettei väkisinkääntö kohdistu väärän akselin suhteen, ja energia huku katon plastisiin muodonmuutoksiin)
- Iso säde, jos ympyrän neljänneskaaren pituus on yli sen mitä auto liikkuu suoraan, voisi aika turvallisesti olettaa että liike-energia on hukkunut ennen kuin 90 asteen käännös saatu suoritettua loppuun

(Voi toki kyseenalaistaa onko sivuluisu eri asia kuin normaali kaarreajo, mutta oma mielipide on että ei, normaali auton rengas "luistaa" aina liikkuessaan, pienillä voimilla hyvin vähän mutta kiihdytyksessä, kurvissa ja jarrutuksissa voi "lukkiutumaton" olla kymmenien prosenttien luistossa ja alustasta riippuen tehokkain tehonsiirto voi vaatia isoakin "luistoa")

Ja talvella voi kokeilla jäällä kesärenkailla myös tuon 36 km/h alkunopeuden kanssa minimalistisia ympyröitä, jossa auton nokka voi kyllä kääntyä vaikka 2,5 kierrosta, mutta jäljellä on vielä paljon loppunopeutta, mutta suunta on auton perän suuntaan (eli alkuperäiseen suuntaan, eikä sopivalla vesijäisellä kelillä edes paljon hidastu)

[Säxä77]

Olisiko niin että auton liike-energialla on suunta ja jos ohjaa eri suuntaan, liike-energiaa jää siihen mutkaan? Mokasin juuri tällaisen tehtävän yo-kokeessa mikä laski arvosanaa pykälällä.

[olli__o]

Olisiko niin että auton liike-energialla on suunta ja jos ohjaa eri suuntaan, liike-energiaa jää siihen mutkaan? Mokasin juuri tällaisen tehtävän yo-kokeessa mikä laski arvosanaa pykälällä.

No sitten vaan kaava esille, ja saa jättää kitkat täysin pois ja kertoa sitten selityksen... (ja minun puolesta saa katsoa googlestakin).

Mitenkäs tuolla edellä oli kokeiltu että vapaalla rullaten pääsi 2,5 kierrosta liikenneympyrää, vai viekö sen liike-energian suunnan muuttaminen täysin päinvastaiseksi vähemmän energiaa kuin mitä sitä on liike-energian suuntaisessa muodossa ja miksi(2,5 kierroksessa ollaan jo kolme kertaa päinvastaisessa suunnassa kuin alkuperäinen suunta, vaikka lopussa liike jo loppuukin)

[Wesa]

En ny ihan täysin ymmärrä mitä tässä kysytään, mutta koitan. Suunnan muutos itsessään ei kuluta liike-energiaa. Vertaa kimmoinen törmäys tai avaruudessa pyörivän (kitkaton) vauhtipyörän alkio. Auto menettää energiaa koska suunnanmuutoksen eteen tehdään työtä renkaan kosketuspinnalla. Jos unohdetaan normaalit vierintä ym ilmanvastukset, renkaiden kääntäminen kulkusuunnasta sivuun saa ne sortamaan jolloin paikallinen liukuminen synnyttää sivuttaisvoiman joka vastaa poikkeutuksen kiihtyvyyttä ko massahitausmomentilla eli aiheuttaa vastaavan sivuttaiskiihtyvyden, tai jotain sinnepäin. Tai kiertomomentti auton painopisteen ympäri alussa erikseen ja sitten auton painopisteen pyörintä ympyrän keskipisteen ympäri siis omat juttunsa, muttapointti on että onnistuakseen täytyy renkaiden sortaa tuottaakseen tarvittavan sivuttaiskiihtyvyyden vaatiman voiman. Tällöin renkaat ja alusta lämpenevät ja niihin sidottu energia on pois auton vauhdista. Jos tarvittava sivuttaisvoima saadaan aikaan pinemmällä kitkalla esim sopivasti kallistetuin metallipyörin ja vaastavalla kiskokehällä, auto hidastuu paljon hitaammin.
Voihan tuosta rengastapauksesta kaavan johtaa, eikä kaarteen kulma varsinaisesti vaikuta hukattuun energiaan ellei oteta realismia mukaan ja renkaan vierintävastuksen ja kitkakertoimen muutosta sortokulman funktiona.
Samalla ajatusmallilla voidaan todeta että hyvin vaimennettu pitkäliikkeinen kaasunestejousitus kasvattaa kulutusta verrattuna esim jousittamattomaan mikroautoon. Mitä röykkyisempi tie ja vähemmän auto heiluu, sen enemmän liike-energiaa hukkuu vaimennuksen häviöihin ja osin kai myös lämpöeristämättömien kaasupallojen lämmönhaihdutukseen ympäristöön.