Ok, also hier ist die Einrichtung des Problems. Ein Motorradfahrer versucht mit einer Rampe über Autos zu springen. Unmittelbar nachdem er die Startrampe verlassen hat, stellt er fest, dass sein Motorrad leicht nach oben geneigt ist und eine Winkelgeschwindigkeit von Null hat (was bedeutet, dass, wenn er nichts tun und in derselben Position bleiben würde, das Motorrad in Bezug auf die Boden). Wenn diese Neigung beibehalten wird, entsteht ein Problem, wenn er auf die Landerampe trifft, da er nach unten geneigt sein sollte, um eine sanfte Landung zu gewährleisten. Die Frage ist, was sollte der Biker tun, damit sein Fahrrad nach vorne kippt? Ignorieren Sie außerdem jeglichen Energieverlust/Luftwiderstand.
Laut meinem Professor sollte der Biker auf die Bremse treten. Die Begründung ist wie folgt.
Die Räder drehen sich beim Start schnell in Vorwärtsrichtung, sodass sie einen erheblichen Drehimpuls haben. Wenn die Bremsen betätigt werden, wird ein Teil dieses Drehimpulses auf den Hauptkörper des Fahrrads übertragen, da der Gesamtdrehimpuls des Systems erhalten bleibt. Das Fahrrad dreht sich daher wie gewünscht etwas nach vorne.
Ich verstehe, dass der Drehimpuls des Motorrad-Biker-Systems in Bezug auf seinen Massenschwerpunkt erhalten bleiben muss (nur die Schwerkraft wirkt auf das System, aber da sie auf den Massenmittelpunkt wirkt, liefert sie kein Drehmoment). Was bedeutet die Aussage "die Räder ... haben einen erheblichen Drehimpuls" wirklich? In Bezug auf was? Intuitiv fühlt es sich an, als ob ein Drehimpuls vorhanden sein sollte, wenn sich das Objekt dreht. Aber muss der Drehimpuls nicht in Bezug auf einen festen Punkt/eine feste Achse oder den Schwerpunkt des Motorrad-Biker-Systems gemessen werden? Wenn ja, was ist in dieser Situation der Fixpunkt/die Achse?
Ich möchte die Lösung verstehen, aber ich kann nicht verstehen, an welchem Punkt der Drehimpuls gemessen wird. Wenn jemand entweder die Argumentation hinter der Lösung erklären oder mir sagen könnte, welche Achse / welcher Punkt die Räder einen Drehimpuls haben würden, wäre ich sehr dankbar.
Wie Sie bereits bemerkt haben, sollte der Massenschwerpunkt der beste Punkt für die Analyse der Bewegung sein, da Sie kein externes Drehmoment haben, wenn Sie das System vom Massenschwerpunkt aus betrachten. Der allgemeine Ausdruck des Drehimpulses eines beliebigen starren Körpers um einen beliebigen Punkt ist
Wo Und sind das Trägheitsmoment des starren Körpers (um den Massenschwerpunkt) bzw. die Geschwindigkeit des Massenschwerpunkts des starren Körpers (vom Bezugspunkt aus gesehen).
In Ihrem Fall kann die obige Formel auf das Rad angewendet werden. Da das Rad stationär (ortsfest im Sinne einer translatorischen Bewegung) im Schwerpunktsystem steht, reduziert sich der zweite Term auf Null, und der Gesamtdrehimpuls des Rades (um den Massenschwerpunkt) wäre dann
So seit dem natürlich hoch wäre, haben die Räder einen erheblichen Drehimpuls um den Massenmittelpunkt .
Dein Professor hat recht. Der Drehimpuls des Vorderrads wird relativ zu seiner Drehachse gemessen. Durch das Berühren der Bremsen wird ein wenig von diesem Drehimpuls über Reibungskräfte auf das Motorrad und den Fahrer übertragen. Wenn sich das Motorrad in einem Zustand mit der Nase nach unten befindet, wird eine Gasdrehung die Nase aufgrund des Gegendrehmoments, das der Motor auf den Motorradrahmen ausübt, nach oben bringen. Aber bitte nicht zu Hause ausprobieren!
Wie Sie bemerkt haben, wird der Drehimpuls immer in Bezug auf einen Punkt gemessen, aber das kann jeder Punkt sein. Während es einige nette Eigenschaften gibt, die mit dem Massenzentrum verbunden sind, wie die Tatsache, dass die Hauptrotationsachsen durch diesen Punkt verlaufen (dh Objekte rotieren um ihren Massenmittelpunkt), gilt die Erhaltung des Drehimpulses immer noch, unabhängig davon, um welchen Punkt es sich handelt es wird berechnet (solange Sie durchgehend denselben Punkt verwenden). Daher können Sie frei wählen, welcher Punkt die Berechnungen bequem macht, was in diesem Fall wahrscheinlich der Schwerpunkt sein wird.
Die meisten Dirtbikes sind leicht. Der Fahrer sollte beim Abheben stehen und gut nach vorne gelehnt sein (Massenschwerpunkt vor den Fußrasten), so dass durch Rückwärtsbewegung relativ zum Fahrrad (Vorwärtsdrücken des Lenkers) in der Luft das Fahrrad nach unten geneigt wird. Das Gasgeben oder Antippen der Bremsen kann für eine gewisse Einstellung verwendet werden, aber die inneren Drehmomente des stehenden Fahrers, die auf das Fahrrad ausgeübt werden, machen den größten Teil der Neigungskorrektur aus.
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