Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque).

[Arkas]

Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque). 1.

Τι σχέση μπορεί να έχει ένα πυροβόλο όπλο με ραβδωτή κάνη, με ένα
παιδικό παιχνίδι τη σβούρα;
Και τι σχέση μπορεί να έχει ο τροχός μιας μοτοσικλέτας με ένα
εκτοξευμένο τραπουλόχαρτο;
Όλα τα παραπάνω έχουν να κάνουν με το γυροσκοπικό φαινόμενο.

Ένα οποιοδήποτε στερεό σώμα που βρίσκεται σε ταχεία περιστροφή γύρω
από τον άξονα συμμετρίας του, αποτελεί γυροσκοπικό σύστημα και το
ονομάζουμε γυροσκόπιο.

Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι η γρήγορη περιστροφή εμποδίζει να
μετατοπιστεί ο άξονας περιστροφής του.

Όσο γρηγορότερη η περιστροφή του, τόσο δυσκολότερη η μετατόπιση του
άξονα αυτού.

Το γυροσκόπιο αντιδρά και στρέφεται σε διεύθυνση κατά 90ο ως προς την
εφαρμογή της δύναμης που προκαλεί την μετακίνησή του άξονά του.

Γυροσκοπικό φαινόμενο λοιπόν είναι η τάση να διατηρείται η διεύθυνση
του άξονα περιστροφής σε οτιδήποτε περιστρέφεται.

Το πιο απλό γυροσκόπιο είναι ένα παιχνίδι. Η σβούρα.
Όσο αυτή περιστρέφεται, οι δυνάμεις που δημιουργούνται από τη φυγόκεντρο κατά την περιστροφή της, είναι ικανές να την ισορροπήσουν
πάνω στην ελάχιστη επιφάνια που καλύπτει η ακίδα της.

Το ίδιο συμβαίνει και στο βλήμα ενός πυροβόλου όπλου (με ραβδωτή κάνη).
Η ραβδωτή κάνη δίνει μια περιστροφική τροχιά στο βλήμα όταν αυτό
αφήνει την κάνη.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το εξής:
Καταρχήν να πούμε ότι η ευθυβολία είναι το ζητούμενο.
Ο άξονας περιστροφής του βλήματος δεν θα είναι άλλος από την κατεύθυνση που βάλλεται το βλήμα.

ΣΧΕΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 1ο.

Οποιοσδήποτε παράγοντας (π.χ. ρεύμα αέρος) θελήσει να αλλάξει την
κατεύθυνση αυτή θα πρέπει να υπερνικήσει πρώτα τις δυνάμεις που
δημιουργούνται λόγω γυροσκοπικού φαινόμενου που όπως προείπαμε
έχουν την τάση να διατηρούν τον άξονα περιστροφής σταθερό στη θέση
του, άρα και την κατεύθυνση της βολής .
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η ρίψη-εκτόξευση ενός απλού τραπουλόχαρτου
ή ενός φρίσμπι.
Δοκιμάστε να πετάξετε ένα τραπουλόχαρτο, χωρίς όμως αυτό να
περιστραφεί κατά την εκτόξευση γύρο από τον εαυτό τους. Η πτήση θα
είναι απλά μια αποτυχία.
Μόλις το τραπουλόχαρτο αφεθεί ελεύθερο να εκτελέσει την «πτήση» του,
όση δύναμη κι αν του έχουμε δώσει, θα κοντραριστεί με τον αέρα που
προσπαθεί να σκίσει και θα λειτουργήσει όπως και το φτερό ενός
αεροπλάνου. Θα ανασηκωθεί ή θα πάρει κλίση προς τα κάτω κάνοντας την
κόντρα του αέρα ακόμη μεγαλύτερη και θα χάσει την οποία ταχύτητα του
δώσαμε στην αρχή και μάλιστα σε παρά πολύ μικρή απόσταση από το
σημείο εκτόξευσης. Ακολουθεί απώλεια στήριξης και πτώση.

ΣΧΕΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 2ο.

Τι θα συμβεί όμως αν στο τραπουλόχαρτο κατά την εκτόξευση του
δώσουμε μια περιστροφική κίνηση;

Περίπου τα ιδία πράγματα με μονό μια διαφορά.
Από τη στιγμή που υπάρχει περιστροφική κίνηση , υπάρχει και άξονας
περιστροφής.

ΣΧΕΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 3ο.

Η οποία φιλότιμη προσπάθεια του αέρα να ανασηκώσει το τραπουλόχαρτο
όπως πριν, θα βρεθεί αντιμέτωπη με τις δυνάμεις που αναπτύσσονται κατά
την περιστροφική κίνηση και κρατούν τον άξονα περιστροφής στη θέση
του. Το τραπουλόχαρτο θα ανασηκωθεί πολύ πιο δύσκολα πλέον , με
αποτέλεσμα η «πτήση» να έχει μεγαλύτερη διάρκεια και να καλύψει πολύ
μεγαλύτερη απόσταση από ότι πριν.

[Arkas]

Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque). 2.


Ας δούμε ακόμη ένα παράδειγμα-πείραμα που θα βοηθήσει να
κατανοήσουμε το φαινόμενο αυτό.
Το κλασικό παράδειγμα με τον τροχό του ποδηλάτου (να που φτάνουμε
λοιπόν και σε περισσότερο ενδιαφέροντα για μας τους μοτοσικλετιστές πράγματα).

Στην αρχή αναφέραμε ότι:
Γυροσκοπικό φαινόμενο είναι η τάση να διατηρείται η διεύθυνση του άξονα περιστροφής σε οτιδήποτε περιστρέφεται.

Είπαμε όμως και το εξής:
Το γυροσκόπιο αντιδρά και στρέφεται σε διεύθυνση κατά 90ο ως προς
την εφαρμογή της δύναμης που προκαλεί την μετακίνησή του άξονά του.

Ας πιάσουμε ένα τροχό ποδηλάτου (απλώς γιατί είναι ελαφρύτερος από
αυτόν της BMW μας με το19αρι λάστιχο) από τον άξονα του και ας τον
περιστρέψουμε. Σημειώστε την «παρένθεση» με την BMW γιατί το βάρος θα
το ξαναδούμε μπροστά μας.

Όσο αυτός περιστρέφεται στον άξονα του, τον οποίο κρατάμε σε οριζόντια
θέση, προσπαθούμε να τον στρέψουμε δεξιά ή αριστερά αλλά πάντα
οριζόντια.
Όσο εμείς τον στρέφουμε (ας πούμε δεξιά- δηλαδή μαζεύουμε το δεξί χέρι
και τεντώνουμε το αριστερό) αυτός αντιστέκεται στη δύναμη μας και αντί
να στρέψει (στρίψει-στρίβω-στροφή), γέρνει (γέρνω-πλαγιάζω-παίρνω
κλίση) ολόκληρος προς την αντίθετη μεριά που επιλέξαμε.
Άλλο στρίβω και άλλο πλαγιάζω. Σημειώστε το και αυτό.

ΣΧΕΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 4ο.

ΤΕΛΙΚΑ ΣΤΡΙΒΟΥΜΕ Ή ΓΕΡΝΟΥΜΕ;

Και τα δυο.
Μπορούμε να γείρουμε(τη μοτοσικλέτα) χωρίς να στρίψουμε.
Αλλά μπορούμε και να στρίψουμε χωρίς να γείρουμε.

Το καλύτερο όμως είναι ο συνδυασμός και των δυο γιατί αλλιώς θα πρέπει
να συμβιβαστούμε με κάποια πράγματα που μάλλον δεν θα μας αρέσουν και πολύ.

Μπορούμε να γείρουμε την μοτοσικλέτα και να εξακολουθούμε να πηγαίνουμε ευθεία.
Δυστυχώς όμως η ισορροπία της μοτοσικλέτας θα ήταν για κλάματα και θα
χρειαζόταν ιδιαίτερος κόπος για να κάνουμε κάτι τέτοιο.

Μπορούμε επίσης να στρίψουμε χωρίς να γείρουμε τη μοτοσικλέτα αλλά
στην περίπτωση αυτή, ο δρόμος μας θα έπρεπε να είναι φαρδύς όσο ένα
αεροδρόμιο και το τόξο της στροφής που θα εκτελούσαμε θα ήταν από
τεράστιο έως και απελπιστικά τεράστιο.

Στρίβει μια μοτοσικλέτα;

Η ισορροπία της μοτοσικλέτας είναι δυναμική και όχι στατική όπως για
παράδειγμα του αυτοκινήτου που ισορροπεί ακριβώς όπως και ένα τραπέζι,
μια καρέκλα, ένα πιάνο.
Το σωστό ερώτημα θα ήταν «πάει ευθεία μια μοτοσικλέτα;» Και η απάντηση
θα ήταν απλά ένα «ΟΧΙ».
Κι αυτό ακριβώς λόγω ισορροπίας που είπαμε ότι είναι δυναμική.
Στην πραγματικότητα μια μοτοσικλέτα είναι μονίμως σε μια στροφή, σε μια
καμπύλη και τεθλασμένη τροχιά που με συνεχόμενες μικροδιορθώσεις από
τις δυνάμεις του γυροσκοπικού φαινόμενου διατηρεί την τροχιά που εμείς
εκλαμβάνουμε ως ευθεία.

Αυτές τις δυνάμεις μπορούμε να τις χαλιναγωγήσουμε και εμείς οι ίδιοι (έχουμε και τιμόνι), να τις χρησιμοποιήσουμε προς όφελος μας και να
ακολουθήσουμε το τόξο μιας στροφής ή να αλλάξουμε γενικότερα κατεύθυνση.
Το «να χαλιναγωγήσουμε» το συζητάμε γιατί καραδοκεί…………
και το TANK SLAPPING ή ελληνιστί «γυροσκοπική σαβούρα».

[Arkas]

Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque). 3.

ΣΤΡΙΒΩΝΤΑΣ

Ένα οποιοδήποτε σώμα για να ισορροπήσει θα πρέπει πρώτα να ισορροπήσει το κέντρο βάρους του.
Οποιαδήποτε αλλαγή στη θέση του κέντρου βάρους έχει σαν αποτέλεσμα
την μετακίνηση του σώματος προς τη μεριά εκείνη.

Ισορροπούμε το κοντάρι μιας σκούπας σε όρθια θέση. Αν το σπρώξουμε
προς μια οποιαδήποτε κατεύθυνση θα αλλάξουμε το σημείο που βρίσκεται
το κέντρο βάρους της και το αποτέλεσμα θα είναι η σκούπα να χάσει την
ισορροπία της και να αρχίσει να γέρνει μέχρι να φτάσει το πάτωμα.
Αφού έτσι κι αλλιώς καμιά άλλη δύναμη (εκτός της βαρύτητας) δεν ασκείται
στην σκούπα την στιγμή που αρχίζει να γέρνει και να πέφτει, αυτή θα
συνεχίσει την πορεία της προς το πάτωμα.
Η ισορροπία όμως αυτή είναι στατική.
Η μοτοσικλέτα είπαμε έχει δυναμική ισορροπία λόγω της κίνησής της. Αν
ήταν σταματημένη θα συμπεριφερόταν όπως και η σκούπα.
Κατά την κίνησή της μέσα σε μια στροφή, διαγράφει μια καμπύλη τροχιά,
ένα τόξο κύκλου με κέντρο κύκλου σε σημείο ανάλογο της καμπύλης που διαγράφει.
Σε οποιαδήποτε κυκλική τροχιά όμως αναπτύσσονται και κάποιες δυνάμεις. Η φυγόκεντρος και η κεντρομόλος.
Η φυγόκεντρος είναι η δύναμη που μας σπρώχνει προς το εξωτερικό της στροφής.
Η κεντρομόλος είναι η δύναμη που αντιστέκεται στην φυγόκεντρο και έχει
αντίθετη φορά. (Δράση και αντίδραση το λέγαμε στην φυσική στο σχολείο).
Έχει φορά προς το εσωτερικό της στροφής και συγκεκριμένα προς το
κέντρο του κύκλου, πάνω στο τόξο του οποίου κινούμαστε.

Δέστε μια πέτρα σε ένα σκοινί και αρχίστε να το περιστρέφετε.
Η φυγόκεντρος είναι αυτή που προσπαθεί να από μακρύνει την πέτρα από
το κέντρο του κύκλου (την άλλη άκρη του σκοινιού που κρατάμε στο χέρι μας).
Ενώ η κεντρομόλος είναι η δύναμη που κρατά την πέτρα σε κυκλική
τροχιά, χωρίς να την αφήνει να απομακρυνθεί περισσότερο από ότι είναι το
μήκος του σκοινιού και εφαρμόζεται πάνω στο σκοινί. Αν κοπεί το σκοινί, η
κεντρομόλος δεν βρίσκει σημείο και τρόπο να λάβει χώρα, (υπάρχει αλλά
δεν έχει τρόπο εφαρμογής), η φυγόκεντρος υπερισχύει (δράση χωρίς
αντίδραση) και η πέτρα εκσφενδονίζεται μακριά.

Γιατί τα διαβάζετε όλα αυτά ;;

Φανταστείτε την μοτοσικλέτα στη θέση της πέτρας, όχι βεβαία δεμένη σε
σκοινί αλλά κινουμένη πάνω σε οδόστρωμα και τρόπο εφαρμογής της
κεντρομόλου την πρόσφυση των ελαστικών.

Χρησιμοποιώντας εσκεμμένα αλλά και ενστικτωδώς (τις περισσότερες
φορές) το γυροσκοπικό φαινόμενο, απλώς γέρνουμε-πλαγιάζουμε (δεν τη
στρίβουμε) την μοτοσικλέτα προς το εσωτερικό της στροφής, αλλάζοντας
το κέντρο βάρους της..
Αυτή θα έπρεπε να πέσει όπως και η σκούπα αλλά λόγω της κίνησής της δεν
πέφτει παρά διαγράφει τόξο-κυκλική πορεία (επιτελούς στρίβει), άρα
αναπτύσσονται και η κεντρομόλος και η φυγόκεντρος. Αφού κυκλική
τροχιά έχουμε.
Όσο γέρνουμε τόσο μετακινούμε το κέντρο βάρους.
Όσο μετακινούμε το κέντρο βάρους, τόσο μεγαλύτερη ταχύτητα πρέπει να
υπάρχει για να αναπτυχθεί περισσότερη φυγόκεντρος και επομένως
περισσότερη κεντρομόλος που θα μας τραβήξει προς το εσωτερικό της
στροφής.
Πρακτικά το «περισσότερη κεντρομόλος» είναι το ισχυρότερο σκοινί στην
περίπτωση της πέτρας για να αντέξει και δεν σπάσει, και μεγαλύτερη
πρόσφυση στην περίπτωση της μοτοσικλέτας γιατί εκεί βρίσκει εφαρμογή η
δύναμη αυτή. Φανταστείτε την στιγμή που στρίβετε, ο τροχός να βρεθεί
στον αέρα (π.χ. ανωμαλία οδοστρώματος). Παύει να υπάρχει επαφή με το οδόστρωμα, άρα παύει να υπάρχει πρόσφυση, άρα παύει να υπάρχει και
κεντρομόλος (να βρίσκει εφαρμογή καλύτερα) και ο τροχός (με όλα όσα
λόγω κατασκευής τον ακολουθήσουν) γίνει έρμαιο της φυγοκέντρου και
ανοίξει την τροχιά του, απομακρυνόμενος από το κέντρο του κύκλου πάνω
στο τόξο του οποίου κινούμασταν.

[Arkas]

Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque). 4.

ΒΑΡΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΟΜΕΝΟΥ ΣΩΜΑΤΟΣ,
ΑΚΤΙΝΑ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ

Όλα είναι θέμα φυσικής και έχουν να κάνουν με το βάρος, την απόσταση,
την ταχύτητα και την σχέση και αναλογία μεταξύ αυτών.
Θα ήταν ανούσιο να μπλεχτούμε (τουλάχιστον σε αυτό το κείμενο) με
τύπους φυσικής και μαθηματικών.
Το σίγουρο είναι ότι:
Ένα σώμα έχει κάποιο βάρος.
Ένα κινούμενο σώμα αποκτά κάποια αδράνεια.
Αδράνεια είναι η δύναμη που αντιστέκεται σε οποία απόπειρα αλλαγής της
κινητικής κατάστασης του κινούμενου σώματος.
Όσο μεγαλύτερο είναι το βάρος του σώματος ή όσο μεγαλύτερη είναι η
ταχύτητα με την οποία κινείται, τόσο μεγαλύτερη είναι και η αδράνεια που
αναπτύσσεται.
Ενημερωτικά η αύξηση (ας πούμε διπλασιασμός) της ταχύτητας μεγαλώνει
περισσότερο την αδράνεια, από ότι η αύξηση (ας ξαναπούμε διπλασιασμός)
του βάρους του σώματος.


Έτσι ένας 17-άρης μπροστινός τροχός με τρία μπάτσα (ακτίνες) φαρδύ
ελαστικό και 2 δισκόφρενα είναι πιο βαρύς από τους 18", 19", ή
21ʼʼ με ένα δισκόφρενο, συρμάτινες ακτίνες και στενότερο
ελαστικό, με αποτέλεσμα πιο έντονο γυροσκοπικό φαινόμενο αλλά και πιο
άμεση αντίδραση στις εντολές του αναβάτη λόγω διάστασης. Αυτό σου
δίνει αίσθημα σιγουριάς στην ευθεία με πολλά χιλιόμετρα στο κοντέρ και
ευελιξία στις κλειστές στροφές, με μοναδικό κόστος την πιο βαριά αίσθηση στο τιμόνι.

ΓΥΡΟΣΚΟΠΙΟ ΚΑΙ Ο ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ

Το βαρύτερο «εξάρτημα» πάνω σε μια μοτοσικλέτα είναι ο κινητήρας της.
Και το βαρύτερο εξάρτημα σε ένα κινητήρα είναι ο στρόφαλος.
Ιδίως αν είναι και κανένας πολυκύλινδρος.

Ο στρόφαλος έχει μια κακή συνήθεια……..να περιστρέφεται.
Οπότε ούτε αυτός εξαιρείται από το γυροσκοπικό φαινόμενο.

Οι εντουράδες θα το γνωρίζουν καλύτερα.

Δοκιμάστε να κατεβείτε μια πολύ απότομη κατηφόρα με παρά πολλές
ανωμαλίες που θα κλόνιζαν την ισορροπία της μοτοσικλέτας. Κάντε το με
αργό ρυθμό προσπαθώντας να κρατήσετε την ισορροπία σας, όσο αυτή
δοκιμάζεται από τις ανωμαλίες του τερέν.

Με τον κινητήρα στο ρελαντί χωρίς ταχύτητα στο κιβώτιο.

Με τον κινητήρα μαρσαρισμένο χωρίς ταχύτητα στο κιβώτιο.

Με τον κινητήρα σβηστό.

Θα παρατηρήσουμε ότι με τον κινητήρα να στροφάρει (όσο περισσότερο,
τόσο το καλύτερο) η μοτοσικλέτα διατηρεί καλύτερα την ισορροπία της.
Αυτήν την αίσθηση τουλάχιστον μας δίνει.
Ο λόγος είναι ο περιστρεφόμενος στρόφαλος που στις μοτοσικλέτες είναι
εγκάρσια τοποθετημένος (με κάποιες εξαιρέσεις). Οτιδήποτε προσπαθήσει
να κλονίσει την ισορροπία της μοτό γέρνοντας την, θα βρει μια σχετική (μικρή για την αλήθεια) αντίσταση από το γυροσκοπικό φαινόμενο που
αναπτύσσεται στον στρόφαλο.
Εξαιρούνται οι μοτοσικλέτες με στρόφαλο τοποθετημένο κατά μήκος.
Παράδειγμα η Gold Wind της Honda και οι MOTOGUZZI.
Σε αυτές παρατηρείται το φαινόμενο να γέρνουν μόνες τους στο πλάι
(ελάχιστα βέβαια αλλά γίνεται αντιληπτό) όταν μαρσάρουμε
απότομα. Γίνεται αντιληπτό κυρίως αν τις έχουμε στηριγμένες στον
πλαγιοστάτη. Μαρσάρουμε και η μοτοσικλέτα λες και πάει να σηκωθεί από μονή της όρθια.

TANK SLAPPING Ή ΓΥΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΣΑΒΟΥΡΔΑ

Ξεκινά συνήθως από μία έκκεντρη φόρτιση του πρόσθιου τροχού,
εξελίσσεται σε γυροσκοπικό ψάρεμα (weaving) και καταλήγει σε
κοσκίνισμα (tank slapping-σφαλιάρα από το ντεπόζιτο) και γυροσκοπικό
χαισάιντινγκ που μας εκτοξεύει πάνω από τα τιμόνια.
Έκκεντρη φόρτιση πιθανόν να συμβεί από πρόσκρουση του μπροστινού
τροχού υπό κλίση σε ανωμαλία του οδοστρώματος ή τις περισσότερες
φορές από πολύ απότομη αλλαγή κλίσης και κατεύθυνσης.
Ακόμη και από προσγείωση του μπροστινού τροχού που σταμάτησε να
γυρίσει μετά από μεγάλης απόστασης σούζα.
Στον μπροστινό τροχό αναπτύσσονται τέτοιες δυνάμεις προς διόρθωση της
πορείας του που ο πίσω τροχός αδυνατεί να ακολουθήσει. Η ταλάντωση
που θα συμβεί για να εκτονωθεί αυτή η διαφορά ενέργειας, δυνάμεων και
κατευθύνσεων ξεκινά κάπου στο σημείο που βρίσκεται το ντεπόζιτο!!!! και
συνεχίζει μέχρι και τη σέλα πετάγοντας τον αναβάτη κυριολεκτικά πάνω
και μπροστά!!! από την μοτοσικλέτα.

[Arkas]

Το γυροσκοπικό φαινόμενο (precession torque). 5.

Τα αποτελέσματα στο παρακάτω βιντεάκι στο 00:29 και σε αργή κίνηση στο 00:45


αλλά και εδώ από σούζα


Πιστεύω να βοήθησα όσο μπορούσα.
Edited by Arkas, Gs Forum, 19/1/2009.

[skippybi]

...δε λέω τίποτα!!!



















...μόνο ένα μεγάλο ευχαριστούμε!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

[GS_maniac]

Πολύ καλό, ευχαριστούμε

[Corsair]

Βοηθεισες και με το παραπάνω....
πολύ καλό ποστ

[gs1150]

Ωραίο θέμα !!!!!

[wolferin]

πολύ καλοοοο