Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Curiosità da motociclista

Ciao a tutti,
è solo una curiosità... come fa a stare in piedi un motociclista che
piega in curva?
Grazie.
Marco

 piega in curva?
Ciao
:) E' per via del fatto che il "momento angolare" delle ruote della
motocicletta tende a conservarsi.
Il perche' succeda questo ultimo fatto non e' banale spiegarlo... ma
se spulci nel gruppo gia' sono state affrontate delle discussioni
simili.
Sostanzialmente la tua domanda vale anche se ti chiedessi: perche' la
moto si regge dritta se va mentre cade se sta ferma?
Sono le ruote della moto le determinanti.
Una ruota che gira continua a farlo a meno che non intervenga una
azione esterna a costringerla in una modifica. Prova con una ruota su
un mozzo ben lubrificato. Falla girare. Se poi possiedi una sedia
girevole tipo ufficio allora sieditici su. Assicurati che la sedia non
sia incastrata, abbastanza libera di girare.
La ruota girando determina una "condizione" (chiamiamola cosi') che
rimane.
Sostieni la ruota tra le mani con le braccia distese tenendola dritta
davanti a te mentre gira, quindi inclinala leggermente: ti accorgerai
di una cosa sfiziosa. Nel momento in cui andrai a piegare la ruota che
ti gira davanti ti girerari sulla sedia!
Se ripeterai l'esperimento con diverse varianti allora ci potrai
riflettere su, e trovare tante analogie che ti permetteranno di
rispondere alla domanda sulla moto.
Anche la trottola funziona sullo stesso principio: girando individua
una "condizione" che tende a rimanere. Il momento angolare identifica
molto bene questa "condizione", ed esso si costruisce sulle masse dei
corpi che ruotano.

 piega in curva?
In piedi? Ma non stanno seduti? :-))
 
-- 
Elio Fabri

 piega in curva?
Effetto giroscopico delle ruote e del motore, ma soprattutto delle
ruote.
Maggiore la velocità, maggiore il momento angolare delle ruote, che
tende a conservarsi e quindi la moto non cade.
Immagina una trottola che gira: non cade finchè la velocità di
rotazione  è sufficientemente alta.

 piega in curva?
aggiungo: perche' in movimento e' facile far stare in equilibrio una moto
(...o una bici) mentre e' molto difficile quando e' ferma?
A,.

 ti gira davanti ti girerari sulla sedia!
L'esperimento lo farò sicuramente!! e poi dicono che la fisica non è
divertente!
Grazie a tutti quelli che hanno risposto.
Marco

Astromarco wrote:
 > Ciao a tutti,
 >
 > è solo una curiosità... come fa a stare in piedi un motociclista che
 > piega in curva?
Ti hanno risposto in tanti, sfortunatamente con la ragione sbagliata :). 
L'effetto giroscopio non e` quello che tiene su un motociclista 
inclinato in curva, ma e` la forza centrifuga che permette l'equilibrio.
Hanno costruito per esperimento delle biciclette con masse controrotanti 
rispetto alle ruote in modo da non avere momento di quantita` di moto. 
Si poteva viaggiare benissimo, anche se con un comportamento un pochino 
diverso.
Qui 
http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/bicycle_mechanics/overview_papers_and_links.htm
trovi la documentazione sulla dinamica della bicicletta.
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

Noto che avete usato in due una strana locuzione: il momento angolare
"tende a conservarsi".
Signori miei, o si conserva o non si conserva.
Il mom. ang. non ha una volonta' propria, che agisce contro qualcosa
che la ostacola :-))
Quanto alla spiegazione, che non e' per niente semplice, inviterei chi
vuole a fare una prova: cercare di andare in bicicletta con le ruote
infilate nella rotaia di un tram.
Dopo l'ineviatabile cascatone, ne riparliamo: li' forse il mom. amg.
non tendeva piu' a conservarsi?
-- 
Elio Fabri


Vedi seconda equazione cardinale della dinamica.

 inclinato in curva, ma e` la forza centrifuga che permette l'equilibrio.
Se fosse così allora si cadrebbe sempre: basterebbe una piccola
inclinazione della moto o bicicletta dalla verticale, in rettilineo,
per far si che agisca la forza peso non controbilanciata dalla forza
centrifuga. Come ha fatto notare "noquarter", una moto od una
bicicletta rimane in piedi per un pò senza cascare anche se è *da
sola*, senza pilota.
Oltre una determinata velocità poi interviene anche la forza
centrifuga, come giustamente hai osservato.

Elio Fabri ha scritto:

La frase "il momento angolare tende a conservarsi" dà l'idea di
qualcosa che rimane tale fintanto che qualche effetto esterno
rilevante lo modifichi.
Certo, nemmeno così la definizione è rigorosa, ma perlomeno è più
intuitiva di "in base alla seconda equazione cardinale della dinamica,
la derivata rispetto al tempo del momento angolare di un sistema di
punti materiali è uguale al momento risultante delle forze esterne
applicate al sistema".
Cosa ne pensa il motociclista? Quale spiegazione avrebbe preferito?

 sola*, senza pilota.
Perche' la forcella anteriore ha una forma e una inclinazione tale da 
rendere stabile il sistema: se la bici *da sola* si inclina, la ruota 
anteriore gira verso il lato dell'inclinazione e fa partire una curva 
che stabilizza il moto. Guarda il link del messaggio precedente, ci sono 
le spiegazioni.


 le spiegazioni.
Ok. E nel caso della semplice singola ruota? Conosci il link esatto?

 Cosa ne pensa il motociclista? Quale spiegazione avrebbe preferito?
Il motociclista è più "incline" alla spiegazione di Franco sopratutto
perchè degnamente referenziata.
Ovvio che non ho ancora letto la spiega, ma in linea di principio è
una spiegazione comprensibile.
Marco


Certo che questo Ruina è abbastanza particolare... uno studio sulla
dinamica della bicicletta.. :-)
Grazie per il riferimento.
Marco

 diverso.
D'accordo, l'equilibrio richiede che rispetto al punto d'appoggio il
momento della forza centrifuga bilanci il momento del peso. L'inclinazione
alpha della moto (curva di raggio r percorsa con velocita' v) deve valere 
tg(alpha)=v^2/gr
Il vero problema sta pero' nel capire la stabilita' di tale equilibrio.
La moto (verticale) ferma e' in equilibrio instabile.
A bassa velocita' il mantenimento dell'equilibrio non e' facile e richiede
un intervento attivo del pilota. Un elemento fondamentale e' dato dalla 
geometria della forcella anteriore: se la moto si inclina a dx, la 
forcella tende a ruotare verso dx (a causa del suo stesso peso), aiutando
il pilota ad effettuare la correzione di rotta necessaria.
A mio parere ad alta velocita' il discorso cambia ed il ruolo del momento
angolare delle ruote diviene dominante. Supponiamo di curvare verso dx:
se il momento del peso prevale su quello della forza centrifuga, sull'asse
della ruota agisce un momento che (per la seconda equazione della dinamica
dei sistemi) induce una rotazione destrorsa dell'asse della forcella.
La curva tende a stringersi e l'equilibrio si ristabilisce spontaneamente.
L'opposto accade se prevale il momento della forza centrifuga.
Il pilota ha una grande sensazione di stabilita', imposta il raggio della
curva agendo sull'inclinazione della moto e sulla sua velocita', non
cerca di ruotare con le mani il manubrio (ci pensa il momento angolare).
-- 
     Elio Proietti
     Valgioie (TO)
 

 Cosa ne pensa il motociclista? Quale spiegazione avrebbe preferito?
Perdona, ma questa in altro contesto la chiamerei demagogia :)
Tu proponi due frasi: una apparentemente intuitiva ma scorretta,
un'altra farraginosa e piena di paroloni. Poi chiedi all' "uomo della
strada" quale preferisce?
Non credo di doverti dare altre spiegazioni...
 
-- 
Elio Fabri

 Ok. E nel caso della semplice singola ruota? Conosci il link esatto?
No, non so se sia analizzato nel sito che ho indicato. Bisognerebbe 
andare a studiare le reazioni di uno pneumatico che rotola sul terreno. 
Ho un amico che insegna in universita` dinamica del veicolo (o qualcosa 
del genere), provo a domandargli se mi ricordo :)
-- 
Franco
Herz, mein Herz, sei nicht beklommen und ertrage dein Geschick.
(H. Heine)

 dinamica della bicicletta.. :-)
In realta` la dinamica della motocicletta si trova in molti corsi di 
dinamica dell'autoveicolo. QUesto e` un riferimento che si trova in rete.



Ok, fai te, però ricordati che senza il momento angolare delle ruote
cadresti in terra, te lo assicuro.
Ciao.


ad esempio:
http://www.xracer.net/notizie/fisica/home.htm
http://www.dinamoto.it/DINAMOTO/on-line%20papers/effetto%20giroscopico/Effettigiroscopici.html

 ad esempio:
http://www.xracer.net/notizie/fisica/home.htmhttp://www.dinamoto.it/DINAMOTO/on-line%20papers/effetto%20giroscopic.
..
Marco, grazie molte per i link. Sono molto chiari e rivelatori.
Ciao.

 
http://www.dinamoto.it/DINAMOTO/on-line%20papers/effetto%20giroscopico/Effettigiroscopici.html
Questa si che è una risposta come piace a me!
Grazie.
Marco

cometa luminosa wrote:
 > Ok, fai te, però ricordati che senza il momento angolare delle ruote
 > cadresti in terra, te lo assicuro.
Oggi ho incontrato per caso un amico che insegna dinamica del veicolo in 
una facolta` di ingegneria. Gli ho chiesto come fanno le biciclette a 
stare in piedi quando vanno dritte sia e come mai non cadono se sono 
inclinate in curva. La risposta e` stata che quando vanno dritto, 
girando il manubrio si generano delle forze laterali che compensano gli 
sbilanciamenti (operazioni che facciamo inconsciamente). Invece in curva 
c'e` la forza centrifuga. Alla domanda "ma non e` il momento di inerzia 
delle ruote, e relativo effetto giroscopico?". Ha risposto che e` una 
fesseria. Il momento d'inerzia rallenta la dinamica laterale della moto, 
che deve inclinare un pochino di piu` di quanto servirebbe se non ci 
fosse la massa in rotazione. Ma si potrebbe guidare anche senza momenti 
di inerzia.
Relata refero :) , se la cosa non ti piace va bene lo stesso :)
Ciao


 Relata refero :) , se la cosa non ti piace va bene lo stesso :)
Non mi piace proprio per niente (salvo che per basse velocita').
Visto che sulla teoria le opinioni divergono, mettiamola in termini
sperimentali.
Vorrei chiedere al tuo amico come mai lanciando una ruota (libera) sul
terreno, se essa inizia ad inclinarsi verso dx (sn) si osserva anche una
sterzata della ruota verso dx (sn). 
Che anche la ruota abbia un inconscio?     ;-)
Oppure consideriamo il fatto che, a velocita' sufficientemente elevata,
e' facile guidare una bici senza mani (sia sul diritto che in curva), 
semplicemente modificandone l'inclinazione con piccoli sbilanciamenti del
corpo. 
Come ho gia' scritto altrove c'entra anche la geometria della forcella 
anteriore, d'accordo. Ma se ci si riflette bene, la geometria puo' 
favorire l'ingresso in curva, ma non spiega come si possa uscire dalla 
curva riducendo l'inclinazione della bici senza toccare lo sterzo.
Non potendo trattarsi della geometria della forcella, ne' dell'inconscio, 
si tratta forse di telecinesi?         ;-)


 di inerzia.
Prendo atto, ma rimango (ostinatamente) della mia idea. Ho una moto
che pesa 230 kg e sono caduto diverse volte, sempre da fermo. Ho una
corporatura non proprio esile, ma nonostante questo, solo pochi gradi
in più di inclinazione della moto e non c'è mai stato verso a fare in
tempo a tenerla su, con tutta la forza che ho impiegato. Superati 30
km/h, leggera come una bicicletta.
Capisco che in curva c'è anche la forza centrifuga, ma se bastano
pochi gradi di differenza per farti cadere in un attimo, proprio non
vedo quale pilota ultratecnologico potrebbe essere così rapido da
mantenere la stabilità in assenza di rotazione delle ruote.
Se in tutto questo il momento angolare non ha a che vedere, allora
dire che sono stupito è eufemistico...
Ciao.

 mantenere la stabilità in assenza di rotazione delle ruote.
Prova a inclinare andando dritto ovviamente senza compensare lo 
spostamento del baricentro della moto con lo spostamento del corpo, e 
vedi se stai su o se cadi :)


 vedi se stai su o se cadi :)
Questa critica evidenzia il punto sul quale ci fraintendiamo!
Una moto o una bici con lo sterzo bloccato e' comunque in equilibrio
instabile, non c'e' momento angolare che tenga!
La condizione di equilibrio tg(alpha)=v^2/gr fra momento del peso e 
momento centrifugo puo' essere mantenuta solo tramite continue 
correzioni del raggio r della curva, ossia tramite continui piccoli 
interventi sullo sterzo.
A bassa velocita' questo continuo controllo dello sterzo e' operato
(consciamente o meno) dal pilota, che ha il suo bel daffare per
contrastare l'instabilita' del veicolo a due ruote.
Io sostengo che al crescere della velocita' il controllo dello sterzo
e' invece operato dal momento angolare, ma non ho mai invocato una
banale fissita' dell'asse giroscopico (valida solo in caso di momenti
delle forze equilibrati). 
La seconda legge della dinamica dei sistemi e l'esperienza mostrano che:
- se prevale il momento del peso l'asse della ruota sterza in verso
tale da ridurre r ed aumentare quindi il momento centrifugo ristabilendo
l'equilibrio;
- se invece prevale il momento centrifugo la ruota sterza in verso tale 
da aumentare r e ridurre quindi il momento centrifugo ristabilendo ancora
l'equilibrio.
Come si vede le correzioni sullo sterzo che a bassa velocita' sono
affidate al pilota, ad alta velocita' sono effettuate spontaneamente
dal momento angolare.
Di fatto l'equilibrio della moto passa sotto il  controllo di un 
'autopilota' estremamente sensibile, rapido e preciso, che sostituisce
con vantaggio il tremolante 'pilota umano', sia in rettilineo sia in 
curva.
Ciao.


 vedi se stai su o se cadi :)
E' esattamente cio' che intendevo col mio post del 6, che e' stato
completamente ignorato...
 
-- 
Elio Fabri

 vedi se stai su o se cadi :)
Perchč una trottola non cade? Per la forza centrifuga?