Blog single

دوچرخه سواری

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 وقتي که دوچرخه سواري را در حال حرکت مي بينيم, پره هاي بالايي چرخ دوچرخه اش را نمي توانيم تشخيص دهيم؛ ولي پره هاي پاييني چرخ را به راحتي و تک تک مي بينيم؟ به نظر مي رسد که بالاي چرخ سريع تر از پايين آن حرکت مي کند. آيا واقعاً همين طور است؟ اگر جوابتان مثبت است, چه طور مي شود آن را توضيح داد؟ آيا اين پديده اي عادي است يا يک شعبده و چشم بندي است؟همان طور که مي دانيد محيط اطراف ما از قوانين خاصي پيروي مي کند که به آن اصطلاحاً قوانين فيزيک مي گوييم. مي توان معماي چرخ دوچرخه را به آساني با قوانين فيزيک توضيح داد و فهميد که هيچ چيز غير عادي در اين پديده وجود ندارد.
ابتدا براي اين که بفهميم که آيا واقعاً قسمت بالايي چرخ، سريع تر از قسمت پاييني حرکت مي کند، يک تکه کاغذ رنگي را از پهلو به چرخ (به لاستيک رويي چرخ) مي چسبانيم و وقتي دوچرخه حرکت مي کند به کاغذ نگاه مي کنيم. بله! وقتي کاغذ در قسمت پايين چرخ حرکت مي کند, خيلي خوب و واضح ديده مي شود، ولي وقتي به بالاي چرخ مي رسد، با چنان سرعتي حرکت مي کند که حتي نمي توانيم آن را ببينيم. پس اين پديده واقعاً اتفاق مي افتد، ولي علت آن چيست؟ با کمي تفکر مي توان پاسخ معما را يافت. هر نقطه از چرخ يک دوچرخه يا ماشين در حال حرکت، در هر لحظه دو حرکت انجام مي دهد:
۱- به دور خودش مي چرخد.
۲- به سمت جلو مي رود.
و اين دو حرکت با هم جمع مي شوند که به آن ترکيب حرکت هاي انتقالي و دوراني مي گويند؛ چون هر چرخي در هر لحظه، هر دو حرکت را با هم انجام مي دهد.
در قسمت بالايي چرخ، حرکت دوراني با انتقالي جمع مي شود؛ چون جهت هر دو حرکت به يک طرف است. در صورتي که در قسمت پايين، حرکت دوراني در جهت عکس حرکت انتقالي بوده و از آن کم مي شود. به اين دليل است که قسمت بالايي چرخ از قسمت پاييني چرخ نسبت به ما که آن را مي بينيم، سريع تر حرکت مي کند.
به اين ترتيب همه ي نقطه هاي چرخِ دوچرخه ي در حال حرکت با سرعت مساوي تغيير مکان نمي دهند. نقاطي از چرخ که در لحظه ي معين با زمين تماس دارند، از ديگر نقاط آن کندتر حرکت مي کنند. دقيقاً اين نقاط در لحظه ي تماس با زمين، بي حرکت هستند. همه ي مطلبي که گفته شد، فقط درباره ي چرخي است که روي زمين حرکت مي کند، نه درباره ي چرخي که دور خود مي چرخد و روي زمين 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.

ایمیل شما منتشر نشده و محفوظ می ماند.

نظر شما در مورد این مطلب چیست؟

Your email address will not be published.