helium in de banden

[Jan van de Velde]

bovendien remd je fietsband ( je fietst nogsteeds 20km/u ) ieder rondje af tot de 0.0 km/u als hij het wegdek raakt. en versneld hij ook weer tot 40km/u als hij bovenaan is gekomen...

Hoe kan dat ? Alle stukjes van je fietsband zitten toch aan elkaar vast? Als wat hier gezegd wordt klopt, zou je wiel toch continu aan het oprekken en inkrimpen zijn als een elastiekje? Een deel dat stilstaat en een deel dat versnelt.....?

Als je het bekijkt vanaf een waarnemingspunt op de as is er niets bijzonders aan de hand gelukkig. En het enige verschil dat helium dan maakt is een beetje in de totale massatraagheid van je wiel voor de rondgaande beweging (en tevens je fiets als geheel voor de lineaire beweging), waardoor het een tikje verschil maakt tijdens optrekken en afremmen. Als eenmaal de fiets op gang is, zul je door de geringere massa een alleen een tikje minder rolwrijving ondervinden.

En 50 g massaverschil haal je niet. in elke band zit 1-1,5 L lucht. laten we eens stellen dat het is samengeperst tot 3 bar, 3-4,5 L, twee banden dus 6-9 L lucht. Neem het ruim, je hebt 10 L lucht bij je. Dat heeft en massa van ongeveer 13 g. Dezelfde hoeveelheid heliumgas heeft een massa van 1,8 g. Verschil dus maximaal 11 g. Dat verschil moet ergens anders op een goedkopere manier te winnen zijn. Je kop kaalscheren bijvoorbeeld. 8)

[TheClimbingDutchman]

wat ik in mijn antwoord als gewicht opgaf maakt eigenlijk nieteens uit. ik wilde alleenmaar duidelijk maken dat áls je gewicht kan besparen dat je het dan in de banden moet doen.

een band die draait bedoel ik dat hij beweegt ten omzichte van het wegdek.

als een band over het wegdek draaid dan is het zo dat hij óp het wegdek zelf heel even stil staat. je kan het bekijken als dat de as van het wiel 20 km/u vooruit gaat en het gedeelte band eronder een kering moet maken van naar het wegdek toe bewegen en van het wegdek af bewegen.

dus de as gaat 20 en de bovenkand van de band ( die de as inhaald) beweegt nóg is 20 km/u extera om niet stil te staan ten opzichte van de as.

als je het nog niet helemaal door hebt kun je denk ik gewoon het beste een rond voorwerp pakken en die over iets plats heen bewegen, als je dat niet te snel doet kun je zien dat er een heel klein stukje is dat stil staat.

[Jan van de Velde]

een band die draait bedoel ik dat hij beweegt ten opzichte van het wegdek.

En dat doet er dus helemaal niet toe. Je neemt de verkeerde waarnemerspositie in. Die band draait rond met een constante hoeksnelheid (even aangenomen dat de fietser met een constante snelheid fietst) en is dus niet continu aan het vertragen of versnellen.

Zoals jij het stelt zou een deeltje van die band aan continu veranderende lineaire versnellingen onderhevig zijn. Maar zet nou je fiets eens ondersteboven en geef een duw tegen je trappers. En nu?

Je achterwiel draait rond. Elk deeltje van je band wil eigenlijk gewoon rechtsoor en ondervindt een versnelling van de as vandaan. Dat wordt veroorzaakt door de schijnkracht die we centrifugale kracht noemen. De centripetale kracht wordt geleverd door de spankracht van de spaken. Daardoor blijft de boel netjes op zijn plaats. Die twee krachten zijn netjes in evenwicht, daardoor draaien alle deeltjes van het wiel in het rond. En al die deeltjes ondervinden op hetzelfde ogenblik allemaal dezelfde krachten, en daarmee dezelfde versnelling.

Zet eens een kleuter op een kinderdraaimolen. De papa ernaast ziet zijn oogappel van links naar rechts zwieren, Voor papa LIJKT het alsof kleuter afwisselend stilstaat, naar rechts versneld wordt, weer afremt, stilstaat, naar links versneld wordt etc etc. maar de kleuter ziet papa (en de hele wereld rondom papa) dezelfde beweging in tegengestelde richting maken. Ook papa staat echter moeiteloos stil, en hoeft zich niet steeds dán weer de ene kant op, dán weer de andere kant op schrap te zetten om niet om te vallen......

Ook de kleuter kan braaf rechtop in zijn stoeltje zitten, en voelt alleen een constante kracht naar buiten toe, niet heen en weer dwars op de straal van de draaimolen, afhankelijk van zijn positie t.o.v. papa. Dus de kleuter is niet aan continu wisselende versnellingen onderhevig.

Een vliegwiel van 1000 kg, of een fietswiel van 2 kg, als ze eenmaal draaien is er geen kracht meer nodig om ze draaiend te houden. Er zullen hoogstens wrijvingskrachten (aswrijving, luchtwrijving) overwonnen moeten worden.

[oktagon]

Als je fiets zich beweegt met een snelheid van 20 km per uur,verplaatst elk onderdeel van de fiets zich met die snelheid in horizontale richting.

Je krijgt bij het laagste punt van de band een tegengestelde snelheid van ook 20 km per uur en op de halve hoogtes een horizontale snelheid van 20 km/u met een verticaal gerichte omtreksnelheid van 20 km per uur,waar door er een resultante kracht van 20 V2 (28,...)km/u ontstaat in een richting van 315 graden (dus schuin voor opwaarts) aan de achterzijde van de band en een resultante van ca.28 km/u onder een hoek van 225 graden (dus neerwaarts schuin naar voren)!.

De omtreksnelheid van de band is 20 km per uur en doordat de band in aanraking komt met het wegdek en hier wrijving ontstaat,ontstaat die voorwaartse beweging.

Omdat het wegdek vast is gaat de fiets vooruit;zit je in mul zand dan kom je niet vooruit omdat door de actie een reactie van wegspuitend zand ontstaat en dit bij een vastwegdek niet gebeurt door zijn vaste massa die de reactie opvangt!

De optredende reactiekrachten op het wegdek zijn een ander-wrs.gecompliceerder verhaal,er worden momentkrachten op uitgeoefend door fiets,berijder en zwaartekracht in verticale zin en een horizontale beweging van 20 km /uur.

[TheClimbingDutchman]

(over het optekken en afremmen)

vergelijk het even met de rups-banden van een tank.

daarbij is het heel duidelijk te zien dat er wel een deel van het loopvlak stil staat als hij zijn omwentelingen maakt.

een fiets met een zachte band lijkt al wat op een rups-band, want daar is ook als duidelijk waar te nemen dat er een klein deel van de band stil staat tijdens het fietsen. en dat één stukje band naast hem aan het versnellen is en aan de andere kant één stukje band aan het afremmen is.

en nu heb je een band waar 5 bar op staat en dus een heel stuk ronder is dan een zachte band. maar het oppervlak waar hij de weg raakt is nog wel groot genoeg om ervoor te zorgen dat er een stukje band stil staat.

zelfs al heb je een band die zo klein is dat hij maar met 3 ( in een evenwijdig met de band staande rij) moneculen de grond aan raakt...

staat het eene middelste monecuul stil (t.o.v. het wegdek)

[Jan van de Velde]

Het gaat er bij die rondgaande beweging van wilen of rupsbanden niet om of iets stilstaat of beweegt t.o.v. het wegdek. Het gaat erom of het beweegt t.o.v. de waarnemer op de tank. Een rupsband van een tank bestaat eigenlijk uit grote schakels, een ketting. Het is toch onmogelijk dat een aantal schakels van een ketting stilstaan terwijl een aantal schakels verderop deze ineens een snelheid hebben van bijv. 80 km/h ? Dan moet die ketting toch kapot?

[TheClimbingDutchman]

ik denk dat je het niet moet zien t.o.v. de fiets of tank zelf.

want we hebben het hier over snelheid t.o.v. het >>>wegdek<<< snelheid = beweging t.o.v. iets anders. hier hebben we het over de snelheid t.o.v. het wegdek.

het stukje ( rups ) band staat wel degelijk stil t.o.v. het wegdek. bij een extreem geval als een tank kun je dat helemaal goed zien.

ik snap eigenlijk niet goed waarom jij beweerd van niet, want bij een tank is het toch ook heel duidelijk te zien... een band is NIET rond van een tank niet, van een race fiets niet, van geen enkel voertuig.

nogmaals ik heb het Niet over stilstand van het stukje band t.o.v. het voertuig, maar t.o.v. het wegdek.

[Stephaan]

@ JvdV Met alle respect wil ik toch de stelling bijtreden dat de kettingen van een tank wel degelijk voor een deel echt stilstaan (of moet ik zeggen stil liggen). Daarmee bedoel ik alleen die schakels van de kettingen die in aanraking zijn met het wegdek. De tank zelf rolt daar met zijn wielen overheen! Achteraan de tank wordt de ketting opgetild en gaat met een snelheid die 2keer zo groot is als die van de tank zelf terug naar voor, waar de schakels weer netjes op de vloer gelegd worden zodat de tank er verder kan over rollen. De helft vd tijd ligt de ketting dus inderdaad stil , de andere helft vde tijd gaat ze met dubbele tanksnelheid naar voor en daarom gaat ze dus niet stuk.

Wat een fietswiel betreft zie ik de situatie zoals jij (denk ik). Het wiel rolt. het heeft een ononderbroken voorwaartse beweging, terwijl het zelf ononderbroken draait.

Waar ik het echter ook mee eens is het volgende : tijdens het rollen kan ik de baan bekijken die één bepaald punt van een rollende band beschrijft. Als ik me goed herinner heet zo een kromme een clotoïde ( de baan beschreven door een vast punt van een cirkelomtrek die zonder te glijden rolt over een rechte). Die baan lijkt een beetje op een halve ellips, met de open zijde naar de rechte gericht. Na elke omwenteling vh wiel komt die kromme op de grond en is de raaklijn aan de kromme vertikaal. Op dat ogenblik heeft dat ene punt vh wiel geen voorwaartse snelheid. Maar het wiel als geheel blijft wel eenparig draaien en beweegt als geheel verder (eenparig en al rollend)

[Jan van de Velde]

Er is geen principeel verschil tussen de beweging van een tank-rupsband en het loopvlak van een fietsband. Je zou je ook een cirkelvormige rupsband kunnen voorstellen. Als een deel van de band van snelheid zou veranderen en een ander deel niet, dan moet de band oprekken, of kapot gaan. Idem voor de rupsband.

Eenparig en al rollend

[GJ_]

..Het is toch onmogelijk dat een aantal schakels van een ketting stilstaan terwijl een aantal schakels verderop deze ineens een snelheid hebben van bijv. 80 km/h ? Dan moet die ketting toch kapot?

Het gebeurd. Daar sta je normaal niet echt bij stil: de enorme versnellingen met bijbehorende krachten die er op die schakels staan.

[Stephaan]

@JvdV De kromme die één vast punt van een rollende cirkel beschrijft heet cycloïde (en niet clotoïde zoals ik per vergissing schreef))



Door op het kleine beeldje te klikken krijg je (waarschijnlijk)een grotere versie.

In België is het verplicht tussen de spaken van een fietswiel dicht bij de rand vh wiel, reflectoren te steken. Als in het bijna duister een rijdende fiets van opzij bekeken wordt is het net of het wiel met sprongetjes vooruitgaat door de op elkaar volgende cycloïden!

Telkens het beschouwde punt beneden is heeft het geen voorwaartse snelheid en vormt dat punt één enkel ogenblik het draaipunt waar rond het wiel draait(rolt).

Bij een wiel dat draait zonder te rollen is het draaipunt onveranderlijk : de as van het wiel. Bij een rollend wiel verplaatst het draaipunt (op de weg) zich voortdurend over de weg maar het draaipunt waar het wiel rond rolt (op het wiel zelf) heeft geen voorwaartse snelheid op het ogenblik dat het als draaipunt dient . Het ogenblik erna is er reeds een ander draaipunt op het wiel (en op de weg ) maar het eerst beschouwde punt vertrekt weer langs de volgende cycloïde.

[Jan van de Velde]

GJ schrijft

Het gebeurd. Daar sta je normaal niet echt bij stil: de enorme versnellingen met bijbehorende krachten die er op die schakels staan.

Ja, maar dan heb je het over versnelling ten behoeve van richtingsverandering.

Als de snelheid van de ene schakel t.o.v. de andere verandert, moet ook hun afstand gemeten over de bewegingslijn veranderen. En dat gebeurt niet.

Telkens het beschouwde punt beneden is heeft het geen voorwaartse snelheid en vormt dat punt één enkel ogenblik het draaipunt waar rond het wiel draait(rolt).

Ik begin wel een beetje te zien waar we langs elkaar heen zitten te praten, maar ik kan het nog niet goed in woorden vatten.

[Stephaan]

@ JvdV Ik heb google een plaatje gevraagd van een tank. Op dit zijzicht zie ik dat een tank niet rolt zoals een fietswiel. De 6 rolwielen die ik zie, rollen op een stuk van de ketting dat stilligt en dat bijna zolang is als de tank zelf.

Achteraan de tank is er een tandwiel dat het achterste deel vd ketting voortdurend oplicht . De ketting gaat dan aan grote snelheid naar voor bovenop aparte geleidingswieltjes die niet goed te zien zijn. Het tandwiel vooraan legt dan de ketting terug op de grond, waar elke schakel stil blijft liggen tot de zes rolwielen er over zijn.





Alles bij elkaar vind ik dat op die manier gezien, ik niet anders kan zeggen dan dat de snelheid van de bovenste schakels veranderd is ten opzichte van de onderste stilliggende schakels. Akkoord dat het een versnelling is ten behoeve van richtingsverandering.

[Brinx]

De verwarring ontstaat volgens mij vooral doordat jullie de beweging van de schakels in verschillende coordinatenstelsels bekijken. Jan heeft gelijk wanneer hij zegt dat vanuit het standpunt van de 'romp' van de tank alle schakels van de rupsbanden dezelfde snelheid moeten hebben. De richting van die snelheid kan alleen verschillen van schakel tot schakel. Ik denk dat Jan de rupsband als geheel ook vergelijkt met een soort van slap wiel, in plaats van de individuele wieltjes die weer over de rupsband lopen.

Maarre, wat is nu eigenlijk het punt van discussie?

[Stephaan]

@ Brinx Ik meende uit de tekst van JvdV begrepen te hebben dat hij betwijfelde dat een deel vd schakels onder de bewegende tank stilliggen. Daarover ging mijn diskussie. Voor mezelf is het ondertussen wel duidelijk dat de onderste schakels ten opzichte vd aarde stilliggen en de bovenste ten opzichte vd aarde met een snelheid van 2keer de tanksnelheid naar voor bewegen

Ten opzichte van een waarnemer in de tank blijven de onderste schakels achter, met een snelheid gelijk aan die vd tank en ten opzichte van die waarnemer snellen de bovenste schakels naar voor met een snelheid gelijk aan die vd tank.

Dus zoals Brinx zegt (en ook JvdV) : ten opzichte van de tank hebben alle schakels dezelfde snelheid (op de richting van die snelheid na) en zal er niks stukgaan!