شیب عرضی جاده


دید کلی

وقتی که اتومبیلی از یک پیچ می‌گذرد، نیروی مرکز گرایی باید بر اتومبیل وارد آید تا آن را در مسیر دایره‌ای نگه دارد. در یک جاده مسطح ، این نیرو را اصطاکاک ایستایی بین لاستیکها و سطح جاده تأمین می‌کند. در شرایط متعارف بخشی از لاستیک که با سطح جاده در تماس است، بطور لحظه‌ای ساکن است، بنابراین ضریب اصطکاک بحرانی µs است نه µk فقط در طی یک لغزش ناخواسته است که سطوح تماس بین لاستیکها و جاده حرکت نسبی دارد.

اگر µs کوچک ، یا سرعت اتومیبل زیاد باشد ممکن است که نیروی اصطکاک برای نگه داشتن اتومبیل در پیچ کافی نباشد. در این صورت ، لاستیکها می‌لغزند و ممکن است راننده کنترل اتومبیل را از دست بدهد. لغزش روی برف و یخ که اتفاقی عادی است می‌تواند بسیار خطرناک باشد.

علت شیب دار کردن جاده

برای اینکه اتومبیلها در پیچ بتوانند با سرعت نسبتا زیاد حرکت کنند جاده را شیب می‌دهند یعنی جاده را طوری می‌سازند که قسمت بیرونی نسبت به قسمت درونی داخلی مرتفعتر باشد، دراین صورت نیروی عکس العمل عمودی بین اتومبیل و جاده شیبدار ، هم مؤلفه افقی دارد و هم مؤلفه قائم.

زاویه شیب

فرض کنید که جرم m با سرعت ثانویه در ارتفاع مشخص h در داخل سطح کروی بدون اصطکاک حرکت کند، تنها نیروهایی که بر جسم وارد می‌آیند عبارتند از: وزن آن ، mg و نیروی عکس العمل عمودی سطح اگر جرم در صفحه افقی حرکت کند نیروی قائم مؤثر باید برابر صفر باشد، مؤلفه قائم R باید برابر وزن ، mg باشد. برای آنکه تماس جسم با سطح تکیه گاه حفظ شود مولفه افقی R باید برابر نیروی جانب مرکزی یعنی mv2/r باشد که r شعاع مسیر دایره‌ای در صفحه افقی است:


R Cos θ = mg و R Sinθ = mv2/r

از دو رابطه فوق بدست می‌آید که:


(θ = Arc tg (v2/rg

θ زاویه شیب مناسب برای پیچی به شعاع r برای وسیله نقلیه را بدست می‌دهد وقتی که جاده را به این ترتیب شیبدار می‌کنند نیروی عمودی وارد بر لاستیکها ، اتومبیل را در پیچ نگه می‌دارد و هیچ نیروی مماس بر جاده لازم نیست. نکته مهم در تعیین شیب عرض جاده این است که زاویه شیب مستقل از جرم اتومبیل است، لذا زاویه شیب مناسب برای همه وسایل نقلیه‌ای که با سرعت یکسان حرکت می‌کنند یکسان است. از طرفی عملا به علت وجود نیروی اصطکاک ، سرعت می‌تواند از مقدار فوق تجاوز کند و وسیله نقلیه واژگون نشود.

چشم انداز

در عمل پیچ بزرگراهها را چنان شیب تند نمی‌دهند که از معادله بالا برای سرعت معمول در بزرگراه یعنی 90Km/s بدست می‌آید. اگر این کار را بکنند راننده‌ای که با این سرعت حرکت می‌کند، تقریبا متوجه نمی‌شود که وارد پیچ شده است. چنین پیچ تندی بجای احتیاط در رانندگی سبب سرعت بیشتر می‌شود گذشته از این ، اتومبیلی که در شرایط بد، مانند بارش برف یا یخبندان ، وارد پیچ می‌شود. اگر سرعت خیلی کمتر از 90Km/s باشد به داخل پیچ خواهد لغزید، اما برای مسیرهای سورتمه رانی مسابقات المپیک و مسیرهای دوچرخه سوای داخل سالن از چنین شیبهای تندی استفاده می‌شود. هواپیماها نیز برای عوض کردن مسیر خود در آسان باید در جهت داخل پیچ خم شوند.

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 53935