Motocicletta con sterzo fisso: posso ruotare lo stesso?
Salve a tutti. La mia domanda non è su come risolvere un esercizio e spero per questo di non postare nel posto sbagliato!
Detto questo, quello che vorrei chiedervi è il vostro parere su una discussione che ho avuto con un mio collega d'università.
E cioè, tempo fa stavamo chiacchierando e lui sostiene che inclinandosi con la moto si può girare lo stesso senza l'aiuto dello sterzo che ruota. E lui si spiegava questo con una differente distribuzione di pressione sulle ruote che porta ad una certa distribuzione dell'attrito, il quale, non essendo distribuito omogeneamente, farebbe ruotare la motocicletta (insomma,il principio a cui fa riferimento è quello per cui dalla parte dove ho più attrito vado meno veloce e quindi questo porterebbe a far spostare la moto).
La mia idea è che invece questo non è possibile. O meglio, il principio è vero, però, io ritengo che poi, per ruotare, c'è la 'necessaria necessità' che la ruota giri --> precessione: se mi inclino con la moto, genero momento di inerzia che fa ruotare la ruota dallo stesso lato E COSI' NON CADO ma soprattutto E' COSì CHE POSSO GIRARE CON LA MOTO!! Io sostengo che se due ruote, una dietro l'altra, subiscono quest'effetto ma poi quella davanti non è libera di ruotare, c'è poco da fare, SI CADE!!
Voi cosa ne pensate??
Inoltre vorrei aggiungere che io sono abbastanza convinto di questo, però, nelle mie varie riflessioni sul problema mi è venuto in mente lo skate che sbilanciandosi col peso,anche se poco, gira. Mi sono spiegato questo col fatto che l'asse delle due ruote anteriori dello skate non è proprio rigido e quindi determinando lo sbilanciamento col peso del corpo, accade proprio quello di cui parlo poco sopra: le ruote hanno lo 'stimolo' a ruotare e questa si verifica perchè essendoci un certo gioco dell'asse, questo non è più parallelo a quello posteriore perchè si inclina un po' (appunto per girare) e lo skate gira!! Però su wikipedia ho trovato questo:
http://it.wikipedia.org/wiki/Skateboard
"... Utilizzando il peso del corpo lo skateboard gira verso la direzione voluta...." cioè, non si fa proprio accenno o comunque nessuna specifica a quello a cui penso io..come se,invece,bastasse lo sbilanciamento e anche se entrambi gli assi delle ruote dello skate fossero perfettamente fissi, potrei girare!!
Insomma...voi cosa ne pansate???????
Detto questo, quello che vorrei chiedervi è il vostro parere su una discussione che ho avuto con un mio collega d'università.
E cioè, tempo fa stavamo chiacchierando e lui sostiene che inclinandosi con la moto si può girare lo stesso senza l'aiuto dello sterzo che ruota. E lui si spiegava questo con una differente distribuzione di pressione sulle ruote che porta ad una certa distribuzione dell'attrito, il quale, non essendo distribuito omogeneamente, farebbe ruotare la motocicletta (insomma,il principio a cui fa riferimento è quello per cui dalla parte dove ho più attrito vado meno veloce e quindi questo porterebbe a far spostare la moto).
La mia idea è che invece questo non è possibile. O meglio, il principio è vero, però, io ritengo che poi, per ruotare, c'è la 'necessaria necessità' che la ruota giri --> precessione: se mi inclino con la moto, genero momento di inerzia che fa ruotare la ruota dallo stesso lato E COSI' NON CADO ma soprattutto E' COSì CHE POSSO GIRARE CON LA MOTO!! Io sostengo che se due ruote, una dietro l'altra, subiscono quest'effetto ma poi quella davanti non è libera di ruotare, c'è poco da fare, SI CADE!!
Voi cosa ne pensate??
Inoltre vorrei aggiungere che io sono abbastanza convinto di questo, però, nelle mie varie riflessioni sul problema mi è venuto in mente lo skate che sbilanciandosi col peso,anche se poco, gira. Mi sono spiegato questo col fatto che l'asse delle due ruote anteriori dello skate non è proprio rigido e quindi determinando lo sbilanciamento col peso del corpo, accade proprio quello di cui parlo poco sopra: le ruote hanno lo 'stimolo' a ruotare e questa si verifica perchè essendoci un certo gioco dell'asse, questo non è più parallelo a quello posteriore perchè si inclina un po' (appunto per girare) e lo skate gira!! Però su wikipedia ho trovato questo:
http://it.wikipedia.org/wiki/Skateboard
"... Utilizzando il peso del corpo lo skateboard gira verso la direzione voluta...." cioè, non si fa proprio accenno o comunque nessuna specifica a quello a cui penso io..come se,invece,bastasse lo sbilanciamento e anche se entrambi gli assi delle ruote dello skate fossero perfettamente fissi, potrei girare!!
Insomma...voi cosa ne pansate???????
Risposte
E' possibile perché se hai presente com'è fatto il profilo di una ruota da moto, quando ti inclini da un lato non appoggia più il centro della ruota ma appoggia un profilo che è incurvato verso il centro di curvatura e descrive perciò una traiettoria curva.
Tant'è che chi usa la moto sa che per curvare a destra bisogna spingere il manubrio in modo che ruoti a sinistra
Tant'è che chi usa la moto sa che per curvare a destra bisogna spingere il manubrio in modo che ruoti a sinistra
"Davvi":
E' possibile perché se hai presente com'è fatto il profilo di una ruota da moto, quando ti inclini da un lato non appoggia più il centro della ruota ma appoggia un profilo che è incurvato verso il centro di curvatura e descrive perciò una traiettoria curva.
Non mi è chiaro questo passaggio.
Una ruota reale dal punto di vista cinematico non è un vincolo ideale, c'è sempre una superficie di contatto su cui si distribuisce la forza scambiata e ci sono delle deformazioni e degli strisciamenti, ma penso che anche se volessimo trattare il caso ideale, cioè quello di un disco vincolato ad un piano in modo da non poter strisciare su questo nel punto di contatto (vincolo di rotolamento puro), dalle equazioni della dinamica otterremo comunque che il disco rotola in un dato modo, date certe condizioni iniziali ed essendo soggetto alla forza peso, indipendentemente dalla forma della ruota che viene schematizzata con il disco (a parte una variazione del diametro del disco in base all'inclinazione della ruota stessa).
Insomma la spiegazione va ricercata nella dinamica, la sola cinematica o forma dei corpi non è sufficiente. Ad esempio nel caso del disco con rotolamento puro dalla cinematica si ricava che l'asse istantaneo di moto del disco passa sicuramente per il punto di contatto con il piano, per cui un qualsiasi moto che rispetti questo è permesso, ovvero la velocità angolare del disco può essere orientata in un modo qualsiasi. Questo non ci dice molto riguardo alle traiettorie nel tempo dei punti del disco partendo da una data condizione iniziale, non è come avere un treno vincolato a seguire dei binari, per intenderci.
Per quantoriguarda il caso dello skateboard, andrebbe visto come è fatto il vincolo tra tavola e asse anteriore, può essere che non sia costituito da una ceriniera con asse proprio perpendicolare alla tavola, per cui una differenza di forze tra ruote e asfalto fa si che l'asse ruoti (fino a raggiungere un fermo probabilmente, non so di preciso come è fatto)
Guardando sul sito di cui hai inserito il link leggo questo: "Sotto alla tavola ci sono i due trucks, generalmente in alluminio, composti da varie parti. La base è avvitata con viti passanti alla tavola e l'asse delle ruote è collegata alla base da un perno e da due anelli di materiale elastico (gommini o bushings) che permettono all'asse di ruotare. Utilizzando il peso del corpo lo skateboard gira verso la direzione voluta. La morbidezza dei due gommini, opportunamente regolata, determina la rigidità della sterzata ed il conseguente raggio di curva nello StreetSlalom o della manovra nello streetstyle."
Le parti elastiche dovrebbero bilanciare la differenza di forza applicata sulle due ruote quando il corpo è inclinato.
Prendi una ruota (reale da moto, spero che tu sappia com'è fatta...), inclinala e poggiala a terra per determinare il punto di contatto con l'asfalto, traccia una circonferenza sulla ruota passante per questo punto di contatto (parallela alla circonferenza che passa per il della ruota) e, sempre con la ruota inclinata, proiettala sull'asfalto. Troverai che la traiettoria è curva, significa che i punti della ruota che toccheranno a terra subito dopo tendono a percorrere una traiettoria curva (ovviamente tutto ciò funziona perché c'è l'attrito).
Cioè provo a spiegarti in un altro modo: incliniamo la ruota da moto a sinistra e facciamola avanzare: riesci a immaginare che il prossimo punto che toccherà a terra è spostato un po' a sinistra rispetto all'attuale punto di contatto? Ciò tende a creare una traiettoria curvata a sinistra, anzi come ti dicevo è talmente incurvata che per percorrere una curva a sinistra bisogna inclinare lo sterzo dalla parte opposta per compensare questo effetto.
Poi nella realtà ciò che è in contatto con l'asfalto non è un punto ma una superficie, ma il discorso non cambia nella sostanza.
Cioè provo a spiegarti in un altro modo: incliniamo la ruota da moto a sinistra e facciamola avanzare: riesci a immaginare che il prossimo punto che toccherà a terra è spostato un po' a sinistra rispetto all'attuale punto di contatto? Ciò tende a creare una traiettoria curvata a sinistra, anzi come ti dicevo è talmente incurvata che per percorrere una curva a sinistra bisogna inclinare lo sterzo dalla parte opposta per compensare questo effetto.
Poi nella realtà ciò che è in contatto con l'asfalto non è un punto ma una superficie, ma il discorso non cambia nella sostanza.
"Davvi":
Cioè provo a spiegarti in un altro modo: incliniamo la ruota da moto a sinistra e facciamola avanzare: riesci a immaginare che il prossimo punto che toccherà a terra è spostato un po' a sinistra rispetto all'attuale punto di contatto?
No, non riesco a immaginarlo. La ruota può andarsene dove vuole pur rimanendo fissa a terra, visto il vincolo, forse confondi il moto di puro rotolamento di un cono su un piano con quello di un disco su un piano. Quanti gradi di libertà ha un disco vincolato a questo modo?
"lonepal":
inclinandosi con la moto si può girare lo stesso senza l'aiuto dello sterzo che ruota.
"sonoqui_":
La ruota può andarsene dove vuole pur rimanendo fissa a terra
Siamo sicuri che stiamo parlando della stessa cosa? Perché la prima affermazione (che è a inizio topic) e quello che hai scritto dopo dicono l'opposto.
Se avrò tempo proverò a spiegare quel che ho scritto prima con un disegno perché vedo che la precedente strada non ha sortito effetto, comunque il discorso del cono che ruota non c'entra, c'entra il fatto che la superficie di contatto viene disegnata da una ruota la cui proiezione a terra è un arco di circonferenza
L'argomento è diverso. Nell'ultimo caso sto parlando di un disco vincolato a ruotare senza strisciare su un piano, nel primo caso l'utente che ha aperto il topic chiedeva riguardo a due ruote vincolate a ruotare su un telaio con una cerniera (lo sterzo).
Conoscendo il solo vincolo di rotolamento puro non si riesce a determinare la traiettoria dei punti del disco. Il suo moto, tra tutti quelli permessi dal vincolo, sarà determinato dalle forze che agiscono sul disco e dalle condizioni imposte.
Conoscendo il solo vincolo di rotolamento puro non si riesce a determinare la traiettoria dei punti del disco. Il suo moto, tra tutti quelli permessi dal vincolo, sarà determinato dalle forze che agiscono sul disco e dalle condizioni imposte.
Basta farci caso per accorgersi che in bicicletta o in motorino il manubrio assolutamente non si muove in curva, salvo a velocità bassissime. E si percespisce che se uno provasse a girarlo forzatamente, rischierebbe sì la caduta. Scopro qui che addirittura uno bravo con la moto lo ruota nella direzione opposta! Quando ci hanno fatto a scuola le lezioni per il patentino ci hanno detto "il motorino non è una moto, le curva si fanno girando il manubrio e non inclinandosi", ma era una cavolata. Basta, per l'appunto, farci caso!
In questo disegno si vede come devono essere disposti gli assi di istantanea rotazione (con angolo dello sterzo fissato costante nel tempo) affinchè si abbia un moto rigido del telaio rispetto al sistema di riferimento fisso.
L'asse di istantanea rotazione del telaio è verticale in quanto ho considerato un moto ad inclinazione costante delle ruote nel sistema di riferimento fisso.
In particolare ci deve essere un punto di incontro degli assi di simmetria delle ruota affinchè possa esserci rotazione del telaio attorno ad un asse istantaneo nello spazio. Se gli assi di simmetria delle ruote fossero paralleli, ci sarebbe una traslazione del telaio (asse di moto posto all'infinito).
Da notare che si è trattato solo di cinematica, non ho specificato quali forze agiscono sul telaio e quale deve essere la sua velocità affinchè l'inclinazione della moto rimanga costante nel tempo, questo deve essere ricavato mediante le equazioni cardinali. Se opportunamente forzata la moto è in grado anche di spostarsi inclinata e senza curvare, questo moto non è proibito dalla cinematica, ma se è presente, oltre alle reazioni vincolari, solo la forza peso, diretta verticalmente, questo moto non rispetta le equazioni cardinali della dinamica.
Il disegno che hai fatto va bene se giri lo sterzo.
Qui però lo sterzo è “bloccato” e il problema va affrontato in modo diverso: quando si imposta la piega la ruota si inclina con la moto (ad esempio a sinistra) e la sua superficie d'appoggio è (circa) quella evidenziata in azzurro in figura, che ho volutamente esagerato perché si veda meglio:
All'interno della superficie, il punto teorico di contatto traccia un arco di ellisse e la traiettoria, avanzando, si dirige verso sinistra, ciò ripeto senza aver ruotato il manubrio ma soltanto avendo inclinato la ruota. Questo fa percorrere ad entrambe ruote una traiettoria curva (il discorso vale anche per quella posteriore).
Addirittura, l'arco tracciato che ho evidenziato in figura è anche troppo accentuato e provocherebbe una sbandata con caduta per aver percorso una curva con raggio troppo stretto, tant'è che nell'uso abituale all'entrata in curva bisogna contrastare questo effetto spingendo ancora di più sul semimanubrio interno alla curva, cioè in sostanza farlo girare a destra quando si volta a sinistra, tutto ciò per “drizzare” l'arco che c'è in figura e far percorrere una curva con un raggio maggiore.
Il fenomeno io lo spiego così
Qui però lo sterzo è “bloccato” e il problema va affrontato in modo diverso: quando si imposta la piega la ruota si inclina con la moto (ad esempio a sinistra) e la sua superficie d'appoggio è (circa) quella evidenziata in azzurro in figura, che ho volutamente esagerato perché si veda meglio:
All'interno della superficie, il punto teorico di contatto traccia un arco di ellisse e la traiettoria, avanzando, si dirige verso sinistra, ciò ripeto senza aver ruotato il manubrio ma soltanto avendo inclinato la ruota. Questo fa percorrere ad entrambe ruote una traiettoria curva (il discorso vale anche per quella posteriore).
Addirittura, l'arco tracciato che ho evidenziato in figura è anche troppo accentuato e provocherebbe una sbandata con caduta per aver percorso una curva con raggio troppo stretto, tant'è che nell'uso abituale all'entrata in curva bisogna contrastare questo effetto spingendo ancora di più sul semimanubrio interno alla curva, cioè in sostanza farlo girare a destra quando si volta a sinistra, tutto ciò per “drizzare” l'arco che c'è in figura e far percorrere una curva con un raggio maggiore.
Il fenomeno io lo spiego così
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