Važiuoti aukštyn kojomis gali būti lengviau, nei atrodo

Lenktyninio automobilio vaizdas trasoje, pasuktas, kad būtų rodomas aukštyn kojomis. Spenceris Davisas | Atskleiskite purslą

Klausimas, ar automobilis gali važiuoti aukštyn kojomis, pavyzdžiui, tunelio stogu, inžinierius ir vairavimo entuziastus žavi dešimtmečius. Apgauti tikrai įmanoma tam tikromis aplinkybėmis, ir yra daugybė analizių, tiriančių įvairias susijusias jėgas. Iš tiesų, studentų dažnai prašoma šias jėgas apskaičiuoti kaip pratimą.

Taigi lengva įsivaizduoti, kad klausimas buvo nuodugniai išnagrinėtas; kad negali būti naujo iššūkio sprendimo būdo. Ne visai.

Šiandien Fernando Dall’Agnol ir kolegos iš federalinio Santa Katarinos universiteto Brazilijoje atrado visiškai naują būdą mąstyti apie šią problemą, kuri iki šiol buvo kažkokia nepastebėta. Šis sprendimas matematiškai nesudėtingas, tačiau literatūroje nepavaizduotas; net ne filmuose ar žaidimuose, sako jie.

Jų požiūris turi keletą reikšmingų pranašumų, palyginti su kitais. Yra kaskadininkų automobilio dinamikos sprendimas, kuris gali išlaikyti jį apverstą žiedinėje trasoje ne sekundės dalį, o neribotą laiką, sako Dall'Agnol ir kt. Jie netgi demonstruoja tai su žaisliniu automobiliu.

Pirmiausia šiek tiek fono. Vienas iš būdų važiuoti aukštyn kojomis yra naudoti aerodinamines jėgas. Pavyzdžiui, Formulės 1 automobiliai turi priekinius ir galinius sparnus, kurie sukuria jėgą, kuri spaudžia juos į kelią. Kai kurie skaičiavimai rodo, kad šios didelio našumo transporto priemonės sukurtų pakankamai prispaudžiamosios jėgos, kad išlaikytų jas ant tunelio stogo važiuojant santykinai mažu greičiu, maždaug 140 mylių per valandą. (Tačiau yra tam tikrų diskusijų, ar varikliai ir toliau veiktų tokiomis sąlygomis.)

Yra dar viena jėga, galinti išlaikyti automobilį kelyje – centrinė jėga. Daugybė drąsuolių važiavo automobilius per kilpos vėžes, kur transporto priemonė akimirksniu apvirsta ir prilaikoma prie bėgių šių jėgų.

Panašus efektas pasireiškia ir mirties sienos cirko demonstracijose. Čia transporto priemonė važiuoja apskritu takeliu su sienomis 90 laipsnių kampu. Esant pakankamai dideliam greičiui, jis sukuria pakankamai įcentrinės jėgos, kad prispaustų jį prie vertikalios sienos, kur trintis neleidžia nukristi. Susijusias jėgas nesunku analizuoti.

Tačiau Dall'Agnol ir bendradarbiai daro poveikį dar labiau. Jie klausia, kas nutiktų sienoms, kurių kampas didesnis nei 90 laipsnių. Jie tiria klausimą, kiek didesnis kampas gali būti ir vis tiek išlaikyti sukamąjį automobilio judėjimą. Jie sako, kad bėgius, kurių pasvirimo kampas didesnis nei 90 laipsnių, vadiname apverstu takeliu, pridurdami, kad ši situacija, atrodo, niekada nebuvo ištirta.

Analizė yra paprasta. Komanda parengė lygtis, kurios valdo dalyvaujančias jėgas ir parodė, kad automobilis gali važiuoti daugiau ar mažiau neribotą laiką apversta trasa, pasvirusi iki 150 laipsnių kampu, net ir be aerodinaminių jėgų.

Pavyzdžiui, 135 laipsnių pasvirimo kampu automobilis turėtų važiuoti beveik 200 mylių per valandą greičiu, kad išliktų trasoje. Akivaizdu, kad palanki aerodinamika keičia skaičiavimus. Esant pakankamai aerodinaminei prispaudimo jėgai, galima važiuoti bet kokio polinkio vėžėmis, sako Dall’Agnol ir kt.

Komanda netgi išbandė idėją su žaisliniu automobiliu apverstoje žiedinėje trasoje. Užuot važiavę automobiliu aplink nejudantį takelį, jie suko visą trasą, išlaikydami automobilį nejudantį kelio atžvilgiu. Mes pasinaudojame šiuo lygiavertiškumu, nes daug lengviau priversti suktis visą trasą ir žaislą, nei sukurti funkcionalų elektrinį žaislinį automobilį, kuris važiuotų po apverstu takeliu.

Iš tiesų jiems nereikia visos trasos, nes automobilis jos atžvilgiu stovi. Taigi jie naudoja trumpą bėgių kelio atkarpą, padengtą švitriniu popieriumi, kad padidintų trintį su automobilio ratais. Jie pritvirtina jį apverstu kampu prie horizontalaus dviračio rato, kurį galima pasukti automobiliui prilaikant magnetą. Kai ratas sukasi tam tikru greičiu, magnetas nuskrenda, palikdamas automobilį prispaustą prie bėgių kelio. Čia galite pamatyti vaizdo įrašą apie jų eksperimentą.

Tai kelia akivaizdų klausimą, ar toks triukas gali būti atliktas iš tikrųjų. Dall'Agnol ir bendradarbiai siūlo apskritą takelį, panašų į spurgos vidų. Tai leidžia vairuotojui palyginti lėtai pereiti į apverstą padėtį ir išbūti ten tiek, kiek reikia. Tokia konstrukcija yra gana saugi, nes jei greitis nukrenta žemiau minimalaus reikalaujamo, automobilis turėtų tiesiog slysti žemyn, o ne kristi. Taigi, jei greitis kada nors nukris žemiau [minimalaus greičio], pilotas ne tik smuks pirma galva, sako jie.

Tačiau yra ir kitų praktinių problemų, kurias reikia išspręsti. Pavyzdžiui, bet kurį vidaus degimo variklį reikės modifikuoti, kad jis neužstrigtų. Tai tikrai įmanoma – orlaivių varikliai lengvai veikia aukštyn kojomis. O tokius dalykus kaip stabdžių skysčio sistemą reikėtų modifikuoti, kad būtų užtikrintas sklandus tekėjimas apverstas.

Tačiau tai yra paprastos modifikacijos. Iš tiesų, elektromobilį gali būti dar lengviau modifikuoti, kad būtų galima keliauti aukštyn kojomis.

Tai žavus darbas, kuris neabejotinai sužadins benzino galvučių – klysta, elektrinių galvučių – susidomėjimą visame pasaulyje. Dėl šios priežasties savanorių vairuoti tokią transporto priemonę tikrai netrūktų. Trūksta sudedamoji dalis yra tik rėmėjas, turintis pakankamai pinigų sumokėti už demonstraciją. Ar kas nors pasakė „Red Bull“?

Nuoroda: arxiv.org/abs/1905.03825 : Važiavimas aukštyn kojomis žiediniu takeliu

paslėpti