بستن

این مطلب را به دوست خود ارسال کنید

اطلاعات شما نزد فروشگاه اینترنتی تجهیزات ورزشی کافه ورزش کاملا محفوظ می باشد

دوچرخه، شاهکار علم فیزیک

دوچرخه، شاهکار علم فیزیک
چکیده این مطلب : انتشار : 1398/04/11 0 نظر

دوچرخه، شاهکار دانش فیزیک است. این وسیله، با تبدیل قدرت عضلانی افراد به انرژی جنبشی و به حرکت درآوردن چرخ‌ها، از بیشترین کارایی انرژی در مقایسه با هر وسیله دیگری که تاکنون ساخته شده، برخوردار می‌باشد.دوچرخه‌سواری از لحاظ کارایی انرژی، از پیاده‌روی نیز موثرتر بوده، چرا که به ازای هر یک مایل طی مسافت، به یک سوم کالری موردنیاز برای راه رفتن، نیازمند است.
چرا وقتی که دوچرخه سواری را در حال حرکت می بینیم, پره های بالایی چرخ دوچرخه اش را نمی توانیم تشخیص دهیم؛ ولی پره های پایینی چرخ را به راحتی و تک تک می بینیم؟ به نظر می رسد که بالای چرخ سریع تر از پایین آن حرکت می کند. آیا واقعاً همین طور است؟ اگر جوابتان مثبت است, چه طور می شود آن را توضیح داد؟ آیا این پدیده ای عادی است یا یک شعبده و چشم بندی است؟همان طور که می دانید محیط اطراف ما از قوانین خاصی پیروی می کند که به آن اصطلاحاً قوانین فیزیک می گوییم. می توان معمای چرخ دوچرخه را به آسانی با قوانین فیزیک توضیح داد و فهمید که هیچ چیز غیر عادی در این پدیده وجود ندارد.
ابتدا برای این که بفهمیم که آیا واقعاً قسمت بالایی چرخ، سریع تر از قسمت پایینی حرکت می کند، یک تکه کاغذ رنگی را از پهلو به چرخ (به لاستیک رویی چرخ) می چسبانیم و وقتی دوچرخه حرکت می کند به کاغذ نگاه می کنیم. بله! وقتی کاغذ در قسمت پایین چرخ حرکت می کند, خیلی خوب و واضح دیده می شود، ولی وقتی به بالای چرخ می رسد، با چنان سرعتی حرکت می کند که حتی نمی توانیم آن را ببینیم. پس این پدیده واقعاً اتفاق می افتد، ولی علت آن چیست؟ با کمی تفکر می توان پاسخ معما را یافت. هر نقطه از چرخ یک دوچرخه یا ماشین در حال حرکت، در هر لحظه دو حرکت انجام می دهد:
1- به دور خودش می چرخد.
2- به سمت جلو می رود.

دوچرخه، شاهکار علم فیزیک

دوچرخه، شاهکار دانش فیزیک است. این وسیله، با تبدیل قدرت عضلانی افراد به انرژی جنبشی و به حرکت درآوردن چرخ‌ها، از بیشترین کارایی انرژی در مقایسه با هر وسیله دیگری که تاکنون ساخته شده، برخوردار می‌باشد.دوچرخه‌سواری از لحاظ کارایی انرژی، از پیاده‌روی نیز موثرتر بوده، چرا که به ازای هر یک مایل طی مسافت، به یک سوم کالری موردنیاز برای راه رفتن، نیازمند است.
چرا وقتی که دوچرخه سواری را در حال حرکت می بینیم, پره های بالایی چرخ دوچرخه اش را نمی توانیم تشخیص دهیم؛ ولی پره های پایینی چرخ را به راحتی و تک تک می بینیم؟ به نظر می رسد که بالای چرخ سریع تر از پایین آن حرکت می کند. آیا واقعاً همین طور است؟ اگر جوابتان مثبت است, چه طور می شود آن را توضیح داد؟ آیا این پدیده ای عادی است یا یک شعبده و چشم بندی است؟همان طور که می دانید محیط اطراف ما از قوانین خاصی پیروی می کند که به آن اصطلاحاً قوانین فیزیک می گوییم. می توان معمای چرخ دوچرخه را به آسانی با قوانین فیزیک توضیح داد و فهمید که هیچ چیز غیر عادی در این پدیده وجود ندارد.
ابتدا برای این که بفهمیم که آیا واقعاً قسمت بالایی چرخ، سریع تر از قسمت پایینی حرکت می کند، یک تکه کاغذ رنگی را از پهلو به چرخ (به لاستیک رویی چرخ) می چسبانیم و وقتی دوچرخه حرکت می کند به کاغذ نگاه می کنیم. بله! وقتی کاغذ در قسمت پایین چرخ حرکت می کند, خیلی خوب و واضح دیده می شود، ولی وقتی به بالای چرخ می رسد، با چنان سرعتی حرکت می کند که حتی نمی توانیم آن را ببینیم. پس این پدیده واقعاً اتفاق می افتد، ولی علت آن چیست؟ با کمی تفکر می توان پاسخ معما را یافت. هر نقطه از چرخ یک دوچرخه یا ماشین در حال حرکت، در هر لحظه دو حرکت انجام می دهد:
1- به دور خودش می چرخد.
2- به سمت جلو می رود.
و این دو حرکت با هم جمع می شوند که به آن ترکیب حرکت های انتقالی و دورانی می گویند؛ چون هر چرخی در هر لحظه، هر دو حرکت را با هم انجام می دهد.
در قسمت بالایی چرخ، حرکت دورانی با انتقالی جمع می شود؛ چون جهت هر دو حرکت به یک طرف است. در صورتی که در قسمت پایین، حرکت دورانی در جهت عکس حرکت انتقالی بوده و از آن کم می شود. به این دلیل است که قسمت بالایی چرخ از قسمت پایینی چرخ نسبت به ما که آن را می بینیم، سریع تر حرکت می کند.
به این ترتیب همه ی نقطه های چرخِ دوچرخه ی در حال حرکت با سرعت مساوی تغییر مکان نمی دهند. نقاطی از چرخ که در لحظه ی معین با زمین تماس دارند، از دیگر نقاط آن کندتر حرکت می کنند. دقیقاً این نقاط در لحظه ی تماس با زمین، بی حرکت هستند. همه ی مطلبی که گفته شد، فقط درباره ی چرخی است که روی زمین حرکت می کند، نه درباره ی چرخی که دور خود می چرخد و روی زمین قرار ندارد.
علاوه بر این، دوچرخه سوارها زمانی که با دوچرخه گردش می کنند، در این فکر نیستند که چه نیروهایی دست به دست هم داده اند تا او را در حالت تعادل روی دوچرخه نگه دارند. اما دست کم دو عامل وجود دارد که باعث می شوند دوچرخه سوار از روی دوچرخه اش بر زمین نیافتد.
یکی از این دو عامل «نیروی ژیروسکوپی» یا «نیروی چرخشی» است.
ژیروسکوپ دستگاه سنگینی است که به حلقه شباهت دارد و از چرخ و محور تشکیل شده است. ژیروسکوپ طوری روی محورش قرار گرفته است که اگر به هر طرف بچرخد، مرکزش در یک نقطه ثابت باقی می ماند. هنگامی که چرخ ژیروسکوپ به حرکت در می آید، در همان جایی که به حرکت در آمده بود، باقی می ماند مگر آنکه یک نیروی خارجی بر آن وارد شود.
چرخ های دوچرخه نیز زمانی که شروع به چرخیدن می کنند، یک چنین واکنشی را از خودشان نشان می دهند. تا زمانی که نیروی قابل توجهی از خارج به چرخ ها وارد نشده است، چرخ ها در همان سطح و مسیر، حرکت خواهند کرد. به این ترتیب، نیروی ژیروسکوپی است که دوچرخه را در حالت عمودی نگه می دارد
دومین عاملی که باعث می شود که دوچرخه سوار از روی دوچرخه اش بر زمین سقوط نکند، «نیروی گریز از مرکز» نام دارد. نیروی گریز از مرکز همان نیرویی است که وقتی شما در داخل اتومبیل یا اتوبوس نشسته اید و اتومبیل به سرعت به طرف چپ می چرخد، شما را به سمت راست می کشاند
هنگامی که دوچرخه سوار احساس می کند که چیزی نمانده است که از روی دوچرخه اش بر زمین بیافتد، چرخ جلو را به طرف مسیر سقوطش می چرخاند. با انجام دادن این کار، نیروی گریز از مرکز دوچرخه سوار را دوباره به حالت عمود در خواهد آورد. به عبارت دیگر، می توانیم بگوییم دوچرخه سوار بدون آنکه فکرش را بکند، چرخ دوچرخه اش را طوری حرکت می دهد که نیروی گریز از مرکز بتواند او را به حالت عمودی نگه دارد.

نظرات

captcha Refresh

به این مطلب امتیاز دهید

تعداد کل امتیازات این مطلب 3

جدیدترین مقالات