السرعة 101: سباق الدراجات النارية كمختبر فيزياء العالم الحقيقي

 السرعة 101: سباق الدراجات النارية كمختبر فيزياء العالم الحقيقي

Leslie Miller

دراجة نارية سباق الجائزة الكبرى هي أشياء كثيرة: الأكثر إثارة للإعجاب ، أعجوبة الهندسة التي تكلف مئات الآلاف من الدولارات لتطويرها وبنائها ، وواحدة من أسرع الآلات على عجلات ، قادرة على سرعات لا تزيد عن 210 أميال في الساعة وقادرة على ذلك احتفظ بقبضتك على الطريق عند درجة 60 درجة أو أكثر.

ولكن بالنظر إلى علمي ، فإن دراجة السباق ليست أقل من عرض حركي لقوانين الفيزياء. فريدي سبنسر ، بطل سباق الجائزة الكبرى الأسطوري في الثمانينيات والآن "عميد" مدرسة Freddie Spencer High Performance Riding School في لاس فيغاس ، يضع الأمر على هذا النحو: "سباق الدراجات النارية هو مختبر فيزياء العالم الحقيقي حيث عقوبة الإجابات الخاطئة كثيرة أكثر دراماتيكية من الدرجة السيئة. "

شكل قريب الائتمان: فريق فيات ياماها 1. الجاذبية: يقوم الفارس بنقل الوزن إلى المنعطف لمساعدة الدراجة النارية على تغيير الاتجاه وخفض مركز جاذبيتها.Credit: Fiat Yamaha Team 1. الجاذبية: يقوم الفارس بنقل الوزن إلى المنعطف لمساعدة الدراجة النارية على تغيير الاتجاه وخفض مركز جاذبيتها.

2. الطاقة الحركية:

عند السرعة على الطريق المباشر ، يتم توجيه طاقة الدراجة النارية إلى الأمام.

أنظر أيضا: Blog On: فكر واربطها بمدونات الويب

3. قانون الحركة الأول:

ذكر نيوتن أن الجسم المتحرك يستمر في خط مستقيم ما لم يُجبر على التغيير.

4. الديناميكا الحرارية:

يؤدي إبطاء الدراجة النارية من السرعة العالية إلى المنعطفات الضيقة إلى تراكم الحرارة في الفرامل ويمكن أن يتناقصالفعالية.

أنظر أيضا: الفوائد الاجتماعية والأكاديمية للرياضات الجماعية

5. قوة الطرد المركزي:

في المنعطفات السريعة ، تعمل الزاوية المائلة والحركة الأمامية على مقاومة السحب القوي نحو الحافة الخارجية للمسار.

6. الاحتكاك:

مركب خاص في هذه الإطارات المستديرة يسمح بالجر على الأسفلت حتى عند الزوايا العجاف التي تبلغ 60 درجة وأكثر.

وفقًا لتشارلز فالكو ، رئيس جامعة أريزونا لفيزياء المادة المكثفة والمنسق المشارك من معرض متحف غوغنهايم The Art of the Motorcycle ، الدرس الفيزيائي الأولي الذي يجب تعلمه أثناء مشاهدة دراجة سباق تتدفق في منعطف ضيق هو قانون نيوتن الأول للحركة: "يستمر كل جسم في حالة الراحة أو الحركة الموحدة في خط مستقيم ما لم تضطر لتغيير تلك الدولة بالقوى التي أعجبت بها "، يوضح فالكو. بالنسبة للراكب ، هذا يعني أنه كلما كانت الدراجة النارية تسير بشكل أسرع ، قل ما تريده.

تحويل الطاقة الحركية للدراجة من الأمام مباشرة إلى الدوران يتطلب التفاوض مع الفيزياء بطريقتين. أولاً ، يدفع الفارس المقود بعيدًا قليلاً عن اتجاه الانعطاف. نظرًا لأن العجلات تعمل كجيروسكوب ، فإن هذا التوجيه المعاكس يميل الدراجة في الاتجاه المعاكس (في المنعطف) ، مما يضع الإطارات في زاوية ، مما يضيق ما يسميه المهندسون رقعة التلامس ويجعل دوران الدراجة أسهل.

في نفس الوقت ، يتحرك الفارس من الدراجة في اتجاه الانعطاف. زاوية ثيليتقوم الدراجة النارية بتحويل مركز الثقل إلى الجانب ، مما يتسبب في دوران البيكيتو ، بينما تسمح إعادة توزيع الوزن للماكينة بالبقاء في وضع أكثر استقامة قليلاً. عند نقطة الحد الأقصى من الميل المطلوب للدوران بأعلى سرعة ممكنة ، تريد قوة الطرد المركزي سحب آلة الدراجة خارج المسار ، ويبقى الجر والجاذبية والزخم في اللعبة.

لشرح سبب تحرك الآلة على الإطلاق ، يستدعي Falco قانون نيوتن الثاني للحركة: قوة مطبقة على جسم سوف يتسبب في تسريعها. يقول فالكو: "سيحدث هذا حتى ينفد الراكب من المسار ، أو تصبح القوى الأخرى غير قابلة للاعتدال ، مثل مقاومة الرياح".

في بعض المسارات ، يجب أن تتباطأ الدراجات النارية الكبرى التي تقترب من المنعطفات الضيقة من أكثر من 200 ميل في الساعة إلى حوالي 40 ميلا في الساعة. الاحتكاك على الفرامل (في المقام الأول الفرامل الأمامية) يجعل هذا ممكنًا. يقول فالكو: "يجب تبديد كل هذه الطاقة الزائدة عن طريق الفرامل على شكل حرارة" ، وبالتالي طرح قانون الحفاظ على المادة والطاقة. يتم نقل بعض هذه الحرارة إلى سائل الفرامل الهيدروليكي ، والذي يمكن أن يتسبب في فقدان الفرامل لقوة التوقف ، مما قد يؤدي إلى عواقب وخيمة. 1>

ركوب السباق الناجح يشبه إلى حد كبير دفع الضرائب: أنت تريد دفع القواعد إلى أقصى حد ممكن دون كسرهم. هناك خط دقيق للغاية بين الانعطاف الأمثل والاصطدام ، حيث توازن القوى الخارجية والهابطة والأمامية بدقة ، لكن القواعد هي قواعد. يقول فالكو: "متحدثًا نيابة عن الفيزيائيين في كل مكان" ، "لا شيء يحدث على الإطلاق على دراجة نارية يخالف قوانين الفيزياء. في الواقع ، الدراجات النارية هي أمثلة ممتازة لمدى كفاءة عمل الفيزياء."

فيزياء ، متعة؟ أوه ، نعم!

الفيزياء ممتعة للفيزيائيين ، لكن بعض الطلاب ، على أقل تقدير ، لا يتعاملون مع الموضوع على الفور. من الطرق الجيدة للتغلب على المقاومة أن تُظهر للطلاب الدور المباشر الذي تلعبه الفيزياء في حياتهم واهتماماتهم ، والموارد الغنية على الإنترنت تجعل القيام بذلك أمرًا سهلاً. هنا ، لتبدأ ، توجد مجموعة مختارة من مواقع الويب ومقاطع الفيديو المضمونة لجلب الفيزياء إلى فصلك الدراسي بطرق ستكون ممتعة ورائعة.

كيفية رمي كرة منحنى

هذا برنامج تعليمي قصير ومباشر ، "Thrown for a Curve" ، يأتي من Exploratorium ، "متحف العلوم والفن والإدراك البشري" الرائع في سان فرانسيسكو الموصوف ذاتيًا. حتى أنه يقترح كيفية جعل مثل هذا النشاط في الفصل الدراسي آمنًا (تقريبًا): "لقد وجدنا أنه من الأسهل بكثير رمي هذه الملاعب ومراقبة النتائج من خلال رمي كرة من الستايروفوم."

لإنشاء شبكة تدريب تفاعلية موقع Fugu.com موجز ، مدته 105 ثانية بعنوان How to Throw a Curveball ، تعاون الموقع مع Marc McDonnell ، من AllStarDugout ، مرفق تعليمي للبيسبول والكرة اللينة. يشرح ماكدونيل بوضوح أسلوب الرمي الذي يمكن حتى للفيزيائي إتقانه.

مكتبة الفيديو الإرشادية المجانية على الإنترنت من ViewDo.com's How to Throw a Curveball هي عرض جيد وواضح للكرة المنحنية. راقب تسلسل الحركة البطيئة في النهاية ، والذي يمكّن الطلاب من مراقبة السلوك الفريد للكرة عن كثب.

"How to Throw a Curveball" ، من eHow.com ، يتميز بتعليمات نصية ممتازة من أربع خطوات ، قسم "النصائح والتحذيرات" ، وتعليقات القراء لجعل هذا الدرس الترويجي مكملاً مثاليًا لعروض Fugu.com و ViewDo.com.

فيزياء التزلج

تم تقديم The Exploratorium بشكل جيد تركز ميزة الويب "Skateboard Science" على الحركة والقوى وكيفية ارتباطها بألواح التزلج. يتضمن هذا الموقع السهل التنقل مقطع فيديو ومسردًا وتفاصيل المعدات وحتى بعض تاريخ التزلج.

"فيزياء التزلج" هي خطة درس شاملة وضعها المعلم ("استنادًا إلى مادة من Exploratorium ") الذي يوجه الطلاب في تعلم حركات التزلج المثيرة وربطها بقوانين نيوتن الثلاثة ، الجاذبية ، الزخم ، مقذوفات المسار ، الحركة الدائرية ، والاحتكاك. يتضمن عدة روابط للنصوص والصور ومقاطع الفيديو ذات الصلة.

تم تطوير نشاط جذاب على صفحة أخرى يسمى "فيزياء التزلج" بواسطة طالب دراسات عليا فيجامعة نورث كارولينا في ويلمنجتون كجزء من الدورة الدراسية القياسية للولاية لعام 2001 للصف الثامن من العلوم.

يوجهك هذا الدليل إلى عرض "لوح التزلج Slosh" الخاص بـ TeacherVision ، المصمم للصفوف من 3 إلى 6 ، أنت وطلابك يمكنك إرفاق وعاء من الماء بلوح التزلج ولاحظ كيف تؤثر الحركة والقوة على السائل.

- Douglas Cruickshank

Owen Edwards محرر مساهم لـ Edutopia و مجلات سميثسونيان.

Leslie Miller

ليزلي ميلر معلمة من ذوي الخبرة تتمتع بخبرة تزيد عن 15 عامًا في التدريس المهني في مجال التعليم. حصلت على درجة الماجستير في التربية ودرّست في المدارس الابتدائية والمتوسطة. ليزلي مدافعة عن استخدام الممارسات القائمة على الأدلة في التعليم وتتمتع بالبحث عن طرق تدريس جديدة وتنفيذها. وهي تعتقد أن كل طفل يستحق تعليمًا جيدًا ومتحمسة لإيجاد طرق فعالة لمساعدة الطلاب على النجاح. في أوقات فراغها ، تستمتع ليزلي بالمشي ، والقراءة ، وقضاء الوقت مع أسرتها وحيواناتها الأليفة.