تاثیر نیروی گریز از مرکز بر مرکز ثقل خودرو در پیچ ها چگونه است؟

ابتدا مرکز ثقل خودرو را مختصری توضیح می دهیم سپس نیروی گریز از مرکز را به طور کامل توضیح می دهیم.

مرکز ثقل خودرو:

نقطه ثقل یک خودرو،نقطه ای فرضی می باشد که میتوان گفت برآیند(مجموع) وزن خودرو بر این نقطه وارد می شود،یعنی اگر شما فرضا انتهای زنجیری را دقیقا به نقطه ی ثقل خودرو وصل کنید و سر دیگر زنجیر را به سمت بالا بکشید تا خودرو معلق در آسمان بماند،خودرو کاملا صاف و متعادل در آسمان خواهد ماند،چون انتهای زنجیر به مرکز ثقل خودرو وصل است.

در شکل زیر ، خودرویی که با چتر در آسمان رها شده ، در امتداد مرکز ثقل خودرو ، پایین می آید ، که مرکز ثقل خودرو ، با نقطه سیاه رنگ نشان داده شده است.

و یا اگر فرضا خودرو را بر روی جسم نوک تیز بگذاریم،خودرو صاف و بدون انحراف می ماند.در شکل زیر،مرکز ثقل خودرو بر روی یک مخروط گذاشته شده و چون برآیند مجموع وزن کل خودرو در این نقطه جمع می شود،تعادل خودرو کاملا حفظ می شود.

برای مثال مرکز ثقل خودروی زیر،با نماد G(کمی بالاتر از صندلی راننده)،نشان داده شده است.(به رنگ زرد وسیاه)

اکنون نیروی گریز از مرکز را تشریح می کنیم.

نیروی گریز از مرکز ، همیشه به مرکز ثقل خودرو ، وارد می شود.

نیروی گریز از مرکز:

نیروی گریز از مرکز همانگونه که از نامش پیداست،نیرویی است که اجسام در حال گردش را به خارج از شعاع گردش سوق می دهد.

بر اساس قوانین مکانیک،اجسام در حال حرکت،همیشه مستقیم حرکت می کنند(تمایل دارند مستقیم حرکت کنند) مگر اینکه نیرویی دخالت کند و مسیر آنها را تغییر دهد.

فرض کنید شما جسمی را با نخ بسته اید و با دستانتان آن را می چرخانید(مانند شکل زیر) این جسم که به آن،سرعت داده اید،تمایل دارد در مسیر مستقیم حرکت کند(مسیر مستقیم جسم در شکل زیر با رنگ خاکستری مشخص شده) یعنی شما در هر لحظه ای که نخ را رها کنید،جسم سیاه رنگ به مسیر مستقیمش ادامه ی مسیر خواهد داد ولی شما دائما در حال تغییر دادن مسیر جسم می باشید و برای این کار باید دائما نیرو وارد کنید؛این نیروی وارد شده از جانب شما در اصل همان نیروی گرفتن نخ می باشد که در شکل با فلش مشکی رنگ مشخص شده است یعنی هرگاه این نیروی را وارد نکنید (نخ را رها کنید) جسم به حرکت مستقیم ادامه می دهد و دیگر به دور دست شما نمی چرخد.

اکنون می توانیم نیروی گریز از مرکز را با این سوال تعریف کنیم.

سوال:اگر ما دائما در حال وارد کردن نیرو به جسم (به سمت خودمان) هستیم،پس چرا جسم به ما نزدیک نمی شود و فاصله اش از ما ثابت می ماند؟

جواب این سوال نیروی گریز از مرکز می باشد که در شکل بالا نشان داده نشده بود ؛ این نیرو در همه ی اجسام در حال گردش تولید می شود و جهت آن به سمت خارج دایره ی گردش می باشد.

در شکل زیر نیروی گریز از مرکز با رنگ قرمز نشان داده شده ، دقیقا خلاف جهت نیروی مایل به مرکز (که با رنگ آبی نشان داده شده)می باشد ؛ اگر نیروی قرمز،کمی از آبی بیشتر شود،آنگاه جسم،کمی به مسیر سبز رنگ منحرف می شود و اگر کلا نیروی آبی صفر شود،نیروی قرمز،جسم را کاملا در مسیر سبز قرار می دهد و چون مسیر سبز مستقیم است،نیروی قرمز ( که نیروی گریز از مرکز نامیده می شود ) هم صفر می شود.

پس تا اینجا با نیروهای مایل به مرکز(در شکل بالا آبی می باشد)،نیروی گریز از مرکز(در شکل بالا قرمز می باشد)،دایره ی گردش(در مبحث خودرو،به آن دایره ی پیچ می گوییم) با رنگ مشکی در شکل بالا ،مسیر مستقیم که با رنگ سبز در شکل بالا نشان داده شده و مرکز دایره ی پیچ که با رنگ نارنجی نشان داده شده آشنا شدیم.

و همچنین متوجه شدیم که علت تمایل جسم به حرکت در مسیر مستقیم(سبز)،قانون مکانیک است.

علت وجود نیروی گریز از مرکز(قرمز)،تمایل اجسام در حال گردش برای حرکت در مسیر مستقیم است.

علت وجود نیروی مایل به مرکز(آبی)،نگه داشتن جسم در دایره ی گردش می باشد.

هرچقدر سرعت یک جسم در یک طی یک مسیر دایره ای بیشتر باشد،نیروی گریز از مرکز آن بیشتر است؛ برای همین است که اگر جسم بالا را به سرعت بچخانیم فشار زیادی به بند متصل به جسم،وارد می شود و ممکن است بند پاره شود.

به عنوان مثالی دیگر ترن هوایی شکل زیر را ببینید ؛ نیروی گریز از مرکز،باید آنقدر زیاد باشد تا ترن هوایی شکل زیر بتواند مسیر دایره ای را طی کرده و سقوط نکند و برای همین منظور است که باید سرعت آن زیاد باشد ؛ مگر نه وزن زیاد ترن هوایی باعث سقوط آن می شود. ( وارد مسیر ناخواسته می شود. )

اکنون می خواهیم این نیروها را در یک خودرویی که در حال پیچیدن است بررسی کنیم و می دانیم که تمام خودروها در حال پیچیدن،وارد یک دایره ی پیچ (یا همان دایره ی گردش که در شکل بالا با مشکی و در شکل پایین نشان داده شده) شده اند.

در شکل زیر تمایل یک جسم در داخل خودرو برای طی کردن مسیر مستقیم،در حالیکه خودرو در حال پیچیدن است را می بینید؛جسم قرمز رنگ روی صندلی راننده و لیوانی روی داشبورد،در مسیر مستقیم حرکت می کند تا وقتی که مانعی جلوی آن را بگیرد.

خود شما هم در یک خودروی در حال پیچیدن حتما این نیرو را احساس کرده اید.شکل زیر نیروی وارد به سرنشینان هنگام پیچیدن خودرو را نشان داده است که جهت وارد شدن نیروی گریز از مرکز همانگونه که گفته شد در جهت خارج دایره ی پیچ می باشد.

همچنین می دانیم که نیروی گریز از مرکز علاوه بر اجسام داخل خودرو به خود خودروی در حال پیچیدن نیز وارد می شود که باید با ایجاد نیروی مایل مرکز به اندازه ی کافی،نیروی گریز از مرکز را خنثی نمود؛مگر نه نیروی گریز از مرکز باعث انحراف و یا واژگونی خودرو می شود.

در شکل زیر انحراف یک خودرو از دایره ی پیچ،به علت عدم توانایی خودرو در ایجاد نیروی مایل مرکز به اندازه ی کافی را مشاهده می کنید.(یعنی نیروی گریز از مرکز از نیروی مایل مرکز بیشتر شده)

در شکل زیر هم واژگونی یک خودرو به علت عدم توانایی خودرو در ایجاد نیروی مایل مرکز نشان داده شده.(نیروی گریز از مرکز خیلی خیلی از نیروی مایل مرکز بیشتر شده است)

می دانیم که هیچ ریسمانی به خودرو وصل نشده تا آن را حول دایره پیچ بچرخاند،بنابراین نیروی گریز از مرکز به سمتی از بدنه ی خودرو وارد می شود که در خارج دایره ی پیچ قرار دارد و بدنه ی همان سمت،نیرو را به چرخ های آن سمت وارد کرده و در نهایت،چرخ ها نیرو را به زمین منتقل می کنند و روش انتقال هم به صورت اصطکاکی می باشد،یعنی اصطکاک بین چرخ و زمین باعث انتقال نیروی گریز از مرکز به زمین می شوند.

به همین دلیل است که می بینید خودروهای در حال پیچیدن به مثلا سمت راست،سمت چپشان به زمین نزدیک تر شده چون نیروی بیشتری از آن سمت خودرو،به زمین منتقل شده است.

اگر اصطکاک بین لاستیک و زمین به اندازه ی کافی نباشد(مثلا زمین لغزنده باشد یا لاستیک به اندازه ی کافی پهن نباشد یا وزن خودرو خیلی کم باشد) نیروی گریز از مرکز به زمین منتقل نمی شود(در خودرو باقی می ماند)و باعث انحراف خودرو از مسیر پیچ می شود.

ولی اگر نیروی گریز از مرکز خیلی خیلی زیاد باشد،حتی اگر اصطکاک بین لاستیک و زمین هم به اندازه ی کافی باشد،خودرو واژگون می شود چون در این حالت،نیروی گریز از مرکز بر وزن سمت دیگر خودرو که در داخل دایره ی پیچ قرار دارد غلبه می کند و آن سمت را بلند کرده و در نتیجه خودرو واژگون می شود.