Kysymys:
Voiko Oberth pyöräillä? Onko mäkisarjaa pitkin ylös- ja alaspäin hyvä todellinen analogia Oberth-vaikutuksen ja / tai painovoiman ymmärtämiseksi?
uhoh
2020-08-19 06:26:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kun polkupyörällä ajaessani kohtaan useita nousuja ja alamäkiä, yritän polkea kuin hullu pohjien lähellä saadakseni mahdollisimman paljon nopeutta. Teen tämän johtuen epämääräisestä, huonosti muotoilusta käsityksestä, että joko hyödyn Oberth -vaikutuksen kaltaista hyötyä tai vähennän painovoimaa.

Jos tekisin edellistä, polkisin vaikeimmin jakson, joka keskittyi mäkien välisen alimman pisteen ympärille, mutta jos tekisin jälkimmäistä, polkisin vaikeimmin, kun ylämäkeen jakso oli suurin. p>

Kumpikaan ei ehkä ole oikea, mutta toinen on paras analogia.

Kysymys: Onko pyöräily ylös ja alas mäkisarjasta hyvä todellisuusmaailman analogia joko Oberthin vaikutus ja / tai painovoima? Mikä on matemaattisesta näkökulmasta parempi analoginen ottelu?

Eikö tämä kysymys sovi paremmin Physics SE: lle tai edes Bicycle SE: lle?
@asdfex Mielestäni tämä on aihetta ja sopii kummallekin sivustolle, siinä tapauksessa OP yksinkertaisesti valitsee yhteisön, josta he haluavat saada vastauksia, ja missä heidän mielestään se sopii muihin viesteihin. Yritän selvittää, voidaanko polkupyörän analogialla auttaa selittämään Oberth tai painovoima, ja mielestäni tästä on enemmän hyötyä täällä Space SE: ssä, jossa molemmat ovat usein keskusteltuja aiheita. Luulen, että jos kukaan ei voi kerätä vastausta, jota tukee matematiikka, lähetän itseni vain varmistaaksesi, että tulokset ovat vakuuttavia.
üks vastaus:
asdfex
2020-08-19 16:20:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Syy pyöräilyjärjestelmääsi tuntuu helpommalta, koska polkimiin panostamaasi voimaa käytetään pidempään ja siten vähemmän. Oberth-vaikutukseen ei ole yhteyttä, koska käytetty kokonaisenergia on vakio.

Vertaa kahta tapausta:

  • Poljin vain mäkeä kohti - sinun on käytettävä voimaa ylämäkeen menevän ajan aikana.
  • Poljin nousee ylös mäkeä pitkin kone - käytät virtaa pidempään ja menetät nopeuden ylämäkeen. Suorassa osassa saat kineettistä energiaa, jonka voit sitten viettää ylämäkeen.

Energian kokonaismäärä on suunnilleen sama. Kokonaiskäytettyyn energiaan vaikuttaa 3 komponenttia:

  • Potentiaalinen energia. Tämä on aina sama kuin korkeusero ei muutu
  • Kitkasta johtuvat tappiot. Tämä skaalautuu nopeuden neliöön, joten lähestymistavallasi menetykset ovat suurempia, koska nopeutesi ovat suuremmat.
  • Tappiot mäen alaspäin suuntautuvien voimien vuoksi. Jotta et rullaa taaksepäin, joudut käyttämään pedaaleihin voimaa, jonka tuottaminen maksaa kehollesi jonkin verran energiaa. Tätä energiaa tarvitaan vain johtuen siitä, miten kehosi tuottaa voimaa lihakseen. Riittäisi vain painaa pedaaleja vasten tätä voimaa. Kehosi kuluttama energia muuttuu ajaessasi rinteessä (kääntäen verrannollinen nopeuteen), joten se on pienempi lähestymistapaa käytettäessä. Tämä vastaa suunnilleen painovoimaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kokonaisenergiankulutus on todennäköisesti suurempi käytettäessä lähestymistapaa suuremman ilmavastuksen vuoksi. Siitä huolimatta se saattaa tuntua helpommalta, koska suurin käyttämäsi teho on pienempi.

Pelkästään siksi, että pyöräilijän polkemisesta saama kokonaiskineettinen + potentiaalienergia on sama kahdessa tapauksessa (kitka- ja ilmankestävyyshäviöihin asti), ei tarkoita sitä, että lihasten käyttämä kemiallinen kokonaisenergia olisi sama. Lihaksemme voivat kuluttaa energiaa myös silloin, kun emme tee mitään työtä, kuten työntämällä seinää tai pitämällä painoa ojennetussa kädessä. Ja se on oikeastaan ​​samanlainen kuin Oberthin vaikutus: esimerkiksi elliptisellä kiertoradalla oleva avaruusalus tarvitsee päästöreitille pääsemiseksi saman määrän energiaa missä tahansa kiertoradan pisteessä; (jatkuu)
... avaruusaluksen moottoreiden kuluttaman polttoaineen varastoidun kemiallisen energian määrä riippuu kuitenkin kiertoradasta, jossa palaminen tapahtuu.
@Litho "Lihaksemme voivat kuluttaa energiaa, vaikka et tekisikään mitään työtä" - Juuri sitä kuvasin ja syy miksi jaoin kokonaisenergian kolmeen osaan. Eikö selitykseni ollut riittävän selkeä? Mutta tämä tosiasia vastaa painovoimaa (polttoainetta käytetään pitämään raketti paikallaan), mutta sillä ei ole mitään tekemistä Oberthin kanssa.
Anteeksi, unohdin sen osan selityksestäsi. Minusta näyttää kuitenkin siltä, ​​että näiden menetysten olemassaolo tarkoittaa, että todennäköisesti on myös Oberth-vaikutuksen analogia. Tarkoitan tätä: näemme, että pyöräilijän lihasten käyttämän energian määrä riippuu paitsi heidän tekemästään työstä myös siirtämänsä vauhdista. Jos oletetaan, että riippuvuus vauhdista on enemmän tai vähemmän riippumatonta pyöräilijöiden nopeudesta (vaikka myönnän, että tämä ei ole kaukana ilmeisestä), niin ... (jatkuu)
... vastaava käytetty energian osa on pienempi, kun pyöräilijä saa saman määrän kineettistä + potentiaalienergiaa suuremmalla nopeudella kuin pienemmällä nopeudella.
@Litho En usko, että se on oikein, mutta en voi sanoa varmasti. Ymmärrän, että lihaksille käytetty energia on (enemmän tai vähemmän) verrannollinen voiman ja ajan aikaan. Lisäksi jokaisella kierroksella lisäenergiaa jalan kiihdyttämiseen ja nostamiseen, mikä tekee polkemisesta liian nopeaa. Mutta tämä näyttää olevan kysymys Liikunta SE: lle.
Yleensä voima kertaa aika _on_ liikemäärä. Pyöräilijän tapauksessa se on kuitenkin verrannollinen polkimiin siirrettyyn kulmamomenttiin. En tiedä miten se muuttuisi syklin tuottamaan vauhtiin tai energiaan.
@Litho "Yleensä" kyllä, mutta se ei ole tärkeä asia tässä. Kuten sanoimme aiemmin, voit laittaa paljon voimaa pitkäksi aikaa polkimille (ja käyttää energiaa tekemällä niin) liikuttamatta polkupyörää ollenkaan. Polkupyörän tuottaman energian tulisi olla nettomomenttiaika. Mutta en todellakaan halua muuntaa tätä takaisin lihasenergiaksi. Biologia on sotkuista.


ⓘ
Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 4.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...