Φυσική στο Δημοτικό

[sikat]

Μαθητής κάποιας τάξης του Δημοτικό αφού πρώτα διδάχθηκε από το δάσκαλο τους νόμους της τριβής, και αφού άκουσε ότι η επιφάνεια επαφής δεν παίζει ρόλο στην τριβή, διατύπωσε την εξής ερώτηση:
Ο πατέρας μου είπε ότι έχει στην μοτοσυκλέτα έχει φαρδιά λάστιχα για να σταματά πιο εύκολα και τις στροφές να τις παίρνει με μεγαλύτερη ασφάλεια.
Ο δάσκαλος έδωσε απάντηση με επιφύλαξη όμως. Ρωτά λοιπόν εμένα και εγώ εσάς, διότι και εγώ δεν είμαι σίγουρος...
Η άποψη μου είναι η εξής:
1. Ο νόμος της τριβής ισχύει όπως έχει αλλά θα πρέπει να πάρουμε υπόψη και άλλους παράγοντες.
2. Το φαρδύ λάστιχο δίνει μεγαλύτερη πιθανότητα στο φρενάρισμα να υπάρξει επαφή με το δρόμο στην περίπτωση που ο δρόμος έχει π.χ. άμμο.
3. Τα φαρδιά λάστιχα πιθανόν να έχουν άλλη γόμωση δηλαδή άλλο υλικό με μεγαλύτερο συντελεστή τριβής.

περιμένω απόψεις από συναδέλφους δασκάλους ή φυσικούς...

[PDE ads]

[gf]

Το σχολικό βιβλίο μιλάει για τριβή εννοώντας την τριβή ολίσθησης και όχι την τριβή ή αντίσταση κύλισης, οπότε δεν έχει σχέση κανένα παράδειγμα με τροχούς ελαστικά κλπ. Με μια απλή διάταξη και ένα δυναμόμετρο μπορεί να κάνει το πείραμα στην τάξη και να δουν ότι η επιφάνεια επαφής δεν παίζει ρόλο.

[rozy4]

Έξυπνος ο μικρός.
Όντως φαρδύ λάστιχο σημαίνει καλύτερα κρατήματα στις στροφές, μικρότερη απόσταση φρεναρίσματος και μεγαλύτερη ασφάλεια στην οδήγηση.
Γιατί όμως; Επειδή βοηθά στη διατήρηση της επαφής με το δρόμο, έχουμε δηλαδή υψηλή πρόσφυση (συγκόλληση) κι έτσι επιτρέπεται και η καλύτερη κίνηση του οχήματος.
Η πρόσφυση (η διατήρηση της επαφής) εξαρτάται από το βάρος (όσο μεγαλύτερο το βάρος τόσο μεγαλύτερη και η πρόσφυση), από το κέντρο βάρους (για αυτό και τα αυτοκίνητα της formula 1 είναι χαμηλά, για να μην ανατρέπονται εύκολα), από την επιφάνεια στήριξης (επίσης τα αυτοκίνητα της formula 1 έχουν πολύ φαρδιά λάστιχα) και από κάποιες άλλες παραμέτρους,  που όμως, όπως επισήμανε και ο gf, ξεφεύγουν από το επίπεδο του δημοτικού.
Ένα παράδειγμα που μπορεί να βοηθήσει το μαθητή είναι να σκεφτεί μια κοπέλα να κατεβαίνει μια κατηφόρα με γόβες και την ίδια κοπέλα με ίσιο παπούτσι. Σε ποια από τις δύο περιπτώσεις κινδυνεύει να πέσει, να χάσει την επαφή με το έδαφος; Σε ποια από τις δύο περιπτώσεις σταματά διανύοντας τη μικρότερη απόσταση;

[sikat]

Συμφωνώ μεν με όλα αυτά, όπως και με τον προηγούμενο συνάδελφο. Αν όμως η ερώτηση επαναδιατυπωθεί ως εξής: Αν σε όχημα που κινείται σε ευθύ δρόμο με κάποια ταχύτητα, μπλοκάρονται οι τροχοί του, μια φορά με λάστιχα κανονικά και σε μία άλλη με λάστιχα φαρδύτερα. Σε ποια περίπτωση θα σταματήσει πιο εύκολα; Αυτό μάλλον δεν μπορεί να εξηγήσει ο μικρός.

[PDE ads]

[air]

Κατ'αρχας, θα πρεπει να ξεκινησουμε με την διαπιστωση, οτι τα ερωτηματα αυτα ξεφευγουν απο την 'υλη' ...οχι του Δημοτικου, αλλα και ενος Πανεπιστημιακου Τμηματος  Φυσικης.
Ποσοι απο μας τα διδαχθηκαμε αραγε?

Αν πραγματι με τα φαρδυτερα λαστιχα μειωνεται η αποσταση φρεναρισματος (κατι που 'διαισθητικα' μου φαινεται λογικο), τοτε με βαση την βασικη Λυκειακη Φυσικη μπορουμε να πουμε τα παρακατω.

α) Αν το αυτοκινητο κινειται με την ιδια ταχυτητα και στις 2 περιπτωσεις (φαρδια/στενα λαστιχα), τοτε το εργο της τριβης θα ειναι το ιδιο (ΘΜΚΕ), αφου το ιδιο ποσο κινητικης ενεργειας θα μετατραπει σε θερμοτητα/ηχο.

β) Αφου W(τριβης) = Τ * x , θα πρεπει αναγκαστικα Τ(φαρδια)>Τ(στενα)

γ) Αφου Τ = μ * Ν , θα πρεπει αναγκαστικα μ(φαρδια)>μ(στενα)

Το ερωτημα τοτε ειναι, γιατι να συμβαινει αυτο?

Μια λογικη απαντηση θα μπορουσε να ειναι η εξης:

Αφου το ιδιο (πανω-κατω) ποσο θερμοτητας μεταδιδεται στα λαστιχα, τοτε αν η θερμοτητα αυτη κατανεμεται σε μεγαλυτερη επιφανεια (φαρδια), λογικα προκαλει λιγοτερη φθορα/επιφανεια, αρα λιγοτερη μειωση του συντελεστη ολισθησης (μ). Με αλλα λογια, η επιφανεια επαφης παραμενει τραχυτερη, κρατωντας την αποσταση φρεναρισματος μικροτερη.

[bobo1]

Αν πραγματι με τα φαρδυτερα λαστιχα μειωνεται η αποσταση φρεναρισματος (κατι που 'διαισθητικα' μου φαινεται λογικο), τοτε με βαση την βασικη Λυκειακη Φυσικη μπορουμε να πουμε τα παρακατω.

Ο πατέρας μου είπε ότι έχει στην μοτοσυκλέτα έχει φαρδιά λάστιχα για να σταματά πιο εύκολα και τις στροφές να τις παίρνει με μεγαλύτερη ασφάλεια.

και στις στροφες... γιατι τις παιρνει με μεγαλυτερη ασφαλεια?

[air]

Στις στροφες (εστω οριζοντιο οδοστρωμα) χρειαζομαστε αποκλειστικα στατικη τριβη για να παιξει το ρολο κεντρομολου δυναμης (αν ολισθησουμε ..δεν στριβουμε), οποτε χρειαζομαστε την ΜΕΓΙΣΤΗ δυνατη στατικη τριβη που μπορουμε να παρουμε στο συγκεκριμενο οδοστρωμα.

Η στατικη τριβη ειναι μεγαλυτερη οταν εχουμε 'μαλακα' ελαστικα (καλυτερη προσφυση οπως ανεφερε ο rozy4), και αυτος ειναι ο λογος που μετα απο 3-4 χρονια (ανεξαρτητως χιλιομετρων), καλο ειναι να αλλαζουμε τα ελαστικα μας καθως αυτα 'ξεραινονται' και σκληραινουν.

Τα 'μαλακα' ελαστικα ομως, χρειαζονται μεγαλυτερη επιφανεια επαφης ('πελμα'), ωστε το βαρος του αυτοκινητου να κατανεμεται στο εδαφος με την καταλληλη πιεση μεσα στα ελαστικα. Ετσι τα φαρδια λαστιχα, "εμμεσα" αυξανουν το συντελεστη στατικης τριβης, παρεχοντας μεγαλυτερη ασφαλεια στις στροφες.

Παντως, μπορω να προβλεψω με αρκετη ασφαλεια, πως ο συγκεκριμενος πιτσιρικας θα γινει ο ..εφιαλτης του καθηγητη, οταν με το καλο παει στο Λυκειο!

[FL]

Παντως, μπορω να προβλεψω με αρκετη ασφαλεια, πως ο συγκεκριμενος πιτσιρικας θα γινει ο ..εφιαλτης του καθηγητη, οταν με το καλο παει στο Λυκειο!

Ο πιτσιρικας ή ο εξυπνακιας μπαμπας του?

[bobo1]

Η στατικη τριβη ειναι μεγαλυτερη οταν εχουμε 'μαλακα' ελαστικα (καλυτερη προσφυση οπως ανεφερε ο rozy4), και αυτος ειναι ο λογος που μετα απο 3-4 χρονια (ανεξαρτητως χιλιομετρων), καλο ειναι να αλλαζουμε τα ελαστικα μας καθως αυτα 'ξεραινονται' και σκληραινουν.

       
H rozy4 (γυναικα ειναι)

[air]

bobo1, για να το λες.. ετσι θα'ναι! Εγω ομως, πως να το ξερω αυτο?? 

Αν υπεγραφε ως "rosie4", κατι θα καταλαβαινα!!

[jak_13]

Έτσι είναι air, είναι επιβεβαιωμένο.
Αλλά έχω μια απορία: Ξέρεις κανένα κύριο Rozy ??

[air]

jak13, you've got a point here! Πραγματι, δεν ξερω κανεναν κυριο Rozy, απ'την αλλη βεβαια.. δεν ξερω και καμια κυρια Bobo (ανεξαρτητως ..serial number!). Πως να μην μπερδευτω?

(φυσικα, θα μπορουσε καποιος να πει, οτι ..απλως δε γνωριζω και πολυ κοσμο!!) 

[jak_13]

Έχεις δίκιο air και χιούμορ, ευτυχώς.

[sikat]

Παντως, μπορω να προβλεψω με αρκετη ασφαλεια, πως ο συγκεκριμενος πιτσιρικας θα γινει ο ..εφιαλτης του καθηγητη, οταν με το καλο παει στο Λυκειο!

Ο πιτσιρικας ή ο εξυπνακιας μπαμπας του?

Η ερώτηση έγινε σε δημοτικό της Λάρισας σε δάσκαλο τον οποίο γνωρίζω. Ο δάσκαλος ρώτησε εμένα.  Εγώ παρότι φυσικός έδωσα μετά από αρκετή σκέψη την απλοϊκή απάντηση (δες στην αρχή του θέματος) με κάθε επιφύλαξη. Ο μπαμπάς του παιδιού δεν γνωρίζει φυσική μεν αλλά με τα φαρδιά λάστιχα αισθάνεται μεγαλύτερη ασφάλεια. Σίγουρα ο νόμος της τριβής περί μη εξάρτησης από την επιφάνεια δεν αρκεί από μόνος. Εισέρχονται και άλλοι παράμετροι στο πρόβλημα. Το θέμα σίγουρα είναι για πανεπιστήμιο και πάνω. Ίσως μάλιστα κάποιος μηχανικός να μπορούσε να βοηθήσει.
Θα δω με προσοχή τι απαντήσατε και θα επανέλθω.  Θεωρώ το pde και τους συναδέλφους που αλληλογραφούν άξιους συγχαρητηρίων!