Bidirektionale Ruckbewegung bei einem anhaltenden Fahrzeug

Ein anhaltendes Fahrzeug (z. B. ein Auto) hat eine scheinbare Verzögerung (die in der Größe möglicherweise nicht konstant ist), wenn eine Kraft über die Bremsen ausgeübt wird.

Ich fahre mit der U-Bahn und habe ein seltsames Phänomen bemerkt. Die Sache mit solchen Zügen (vielleicht irrelevant) ist, dass ihre Bewegung, da sie leicht ist, die von Autos ein wenig nachahmt, und die Auswirkungen der Bewegung offensichtlicher sind, wenn man normalerweise in solchen Zügen steht. Was mir auffiel, war, dass ich eine Kraft spüren konnte, die mich in die ursprüngliche Bewegungsrichtung zog, als der Zug langsamer wurde. Das ist offensichtlich die Trägheit. Aber sobald der Zug anhielt, bemerkte ich einen sekundären Ruck ... diesmal in die entgegengesetzte Richtung, und es war irgendwie kurz anhaltend.

Ich bin neugierig zu wissen, was diesen sekundären Ruck nach hinten verursacht, sobald ein Fahrzeug zum Stillstand kommt. Ich vermute, es hat etwas mit der Reaktionskraft der Bremsen zu tun, die die Vorwärtsbewegung überwinden und einen Rückwärtsimpuls liefern. Aber dann muss es einen richtigen Kraftspiegel gemäß dem dritten Bewegungsgesetz haben. Außerdem gibt es hier nie eine absichtliche Rückwärtsbewegung (die Treiber sind präzise, ​​denke ich).

Was könnte es also wirklich sein?

Könnte es die Tatsache sein, dass Sie Ihre Muskeln verwenden, um Ihren Körper aufrecht zu halten, während der Zug langsamer wird, und wenn der Zug anhält, sind Ihre Muskeln immer noch beschäftigt, was dazu führt, dass Sie einen "sekundären Ruck in die entgegengesetzte Richtung" haben?
Das ist durchaus plausibel, aber dann sollten unbelebte Objekte nicht in beide Richtungen kippen, und letzteres passiert (sei es aufgrund der Normalkraft und der Rückprallbewegung oder einer anderen Ursache).
Mögliche Duplikate: physical.stackexchange.com/q/629/2451 und Links darin.
Ich beobachtete die Bewegung des Zuges, als er anhielt. Es stellt sich heraus, dass es einen geringfügigen Rückstoß nach hinten gibt, was darauf hindeutet, dass in dieser Hinsicht eine gewisse federelastische Energie verwendet wird. Aber dann glaube ich eher an die Hypothese der Kraft, die ausgeübt wird, um mich am Sturz zu hindern, als wahrscheinliche Ursache ... weil ich mich in die gleiche Richtung wie die Rückstoßrichtung des Zuges bewege, während die Trägheit mich sonst ziehen sollte.

Antworten (2)

Ich habe diesen Effekt oft in Autos und manchmal in Zügen bemerkt. Dies ist der Grund, warum ich denke, dass es passiert, obwohl ich nicht behaupten kann, irgendwelche Nachforschungen angestellt zu haben.

Das Auto hält an, weil die Bremsen betätigt werden, die Räder sich nicht mehr drehen und zwischen der Straße und den Reifen eine Haftreibungskraft besteht. Im Bezugssystem Auto erlebe ich diese Rückwärtsbeschleunigung des Autos als eine nach vorne gerichtete (Trägheits-)Kraft auf mich.

Der Grund, warum ich dann eine sekundäre Kraft nach hinten spüre, muss darin liegen, dass das Auto gegen Ende seines Anhaltens eine kurze Beschleunigung nach vorne hat. Ich nehme an, dass dies daran liegt, dass beim Anhalten etwas Energie als elastische potenzielle Energie in den Reifen und / oder dem Aufhängungssystem gespeichert ist. Ist das Auto mit der Vorwärtsbewegung fertig, sorgt diese gespeicherte elastische Energie dafür, dass es ganz am Ende etwas „zurückfedert“.

U-Bahnen haben normalerweise keine Gummireifen (obwohl in Montreal), aber sie haben eine Art gefedertes Aufhängungssystem, das auf ähnliche Weise wirken könnte.

Züge haben normalerweise horizontale Federn in den Kupplungen zwischen den Wagen. Wenn es nicht nur eine einzige zentrale Kupplung gab (was wahrscheinlich keine gute Idee ist, wenn sie aus irgendeinem Grund ausfällt!), benötigen Sie eine relative Bewegung zwischen den Kupplungen auf beiden Seiten des Zuges, wenn er um eine Kurve fährt.

"Ruck" ist in der Tat der richtige Begriff, um sowohl das Erlebnis als auch die Ursache zu beschreiben, nämlich eine (plötzliche) Änderung der Beschleunigung.

Wenn das Auto konstant abbremst, wirkt der Sicherheitsgurt konstant auf Sie ein, um zu verhindern, dass Sie gegen die Windschutzscheibe stoßen. Wenn das Auto die gleiche Verzögerung beibehalten würde, wenn es die Geschwindigkeit Null erreicht hat, würde es sofort anfangen, rückwärts zu fahren. Das Auto bewegt sich jedoch nicht rückwärts. Die Verzögerung ändert sich in sehr kurzer Zeit von einem konstanten Wert auf Null. Aber durch die Federkraft des unter Spannung stehenden Sicherheitsgurtes wirkt immer noch eine Kraft auf Sie, die Sie zurück in den Sitz wirft, der nicht mehr nach hinten beschleunigt. Die Kraft, die der Sicherheitsgurt auf Sie ausübt, ändert sich schlagartig, wenn Sie in den Sitz zurückgeschleudert werden, wie es auch der Fall wäre, wenn die Bremsung ebenfalls plötzlich einsetzte ; Die plötzliche Änderung der auf Sie wirkenden Kraft verursacht das Unbehagen.

Der gleiche Effekt tritt (umgekehrt) auf, wenn ein Auto beschleunigt. Bei konstanter Beschleunigung schiebt dich dein Sitz mit konstanter Kraft nach vorne. Der Sitz ist bequem gepolstert, damit sich die auf Sie einwirkende Kraft wie beim Sicherheitsgurt nicht plötzlich ändert. Wenn der Fahrer seinen Fuß vom Gaspedal nimmt, um den Gang zu wechseln, stoppen Auto und Sitz plötzlich die Beschleunigung. Der federnde Sitz drückt Sie immer noch nach vorne, sodass Sie vom Sitz weg nach vorne beschleunigen. Die Kraft auf Sie fällt plötzlich auf Null, wenn Sie nach vorne "rucken". Wenn der Sitz nicht gepolstert gewesen wäre, wäre die Änderung der Kraft auf Sie noch plötzlicher, noch unangenehmer gewesen.

Der Wikipedia-Artikel erklärt es so:

Ein hochgradig reproduzierbares Experiment zur Demonstration des Rucks ist wie folgt. Bremsen Sie ein Auto, das mit einer bescheidenen Geschwindigkeit beginnt, auf zwei verschiedene Arten:

  1. Üben Sie eine konstante, bescheidene Kraft auf das Pedal aus, bis das Auto zum Stillstand kommt, und lassen Sie dann das Pedal los.
  2. Wenden Sie die gleiche konstante, mäßige Kraft auf das Pedal an, aber reduzieren Sie kurz vor dem Anhalten die Kraft auf das Pedal, indem Sie das Pedal optimalerweise vollständig freigeben, genau wenn das Auto anhält.

Der Grund für den weitaus größeren Ruck in 1 ist ein Sprung in der Beschleunigung , die aufgrund der konstanten Kraft auf dem Pedal zunächst auf einem konstanten Wert liegt und bei Stillstand der Räder sofort auf Null abfällt.

Beachten Sie, dass es keinen Ruck geben würde, wenn das Auto mit der gleichen Beschleunigung rückwärts fahren würde. Jeder erfahrene Fahrer weiß, wie man ruckfrei anfährt und bremst. Siehe auch unten im Bewegungsprofil, Segment 7: Verzögerungsrampe ab.

Die Situation auf dem Bremszug wird durch muskuläre Kontrolle erklärt (siehe Wikipedia-Artikel: Physiologische Wirkungen ).

Anstelle des Sicherheitsgurts liefern Ihre Muskeln eine Bremskraft, wenn Sie sich an einer Schiene oder einem Aufhängegurt festhalten, um einen Sturz nach vorne zu vermeiden. Wenn der Zug die Geschwindigkeit Null erreicht, sich aber nicht rückwärts bewegt, wird diese Kraft nicht mehr benötigt. Allerdings ist die Zeit, in der der Kraftwechsel erforderlich ist, zu kurz, als dass Ihre muskuläre Steuerung darauf reagieren könnte, so dass Sie sich unwillkürlich nach hinten werfen.

Während eine konstante Kraft tolerierbar ist, wenn sie nicht zu groß ist, kann eine plötzliche Kraftänderung sehr unangenehm sein. Dieses Unbehagen wird in Achterbahnen ausgenutzt, um den Nervenkitzel der Fahrt zu steigern. Nicht nur "Ruck" (Änderungsrate der Beschleunigung), sondern auch höhere Ableitungen wie "Jounce" (Änderungsrate des Rucks) sind wünschenswert und sorgfältig entworfen.

Es gibt eine interessante etymologische Verbindung zwischen der physikalischen Bedeutung des Werks „Idiot“ und der Bedeutung der widerwärtigen Person.
Bidirektionale Ruckbewegung bei einem anhaltenden Fahrzeug
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