sciencetalk

Hoe wordt de normaalkracht van de grond door de lucht in een fietsband op de velg overgedragen?

Ik las deze vraag ergens op internet. Het lijkt zo simpel.

Maar nu ik er nog eens over nadenk kan ik mij alleen een verklaring aan de hand van de impulsoverdracht door de rondvliegende gasdeeltjes voorstellen. Faalt hier de continue gasvoorstelling, en vormt de werking van een eenvoudige fietsband derhalve een "bewijs" voor het uit deeltjes opgebouwd zijn van lucht?

Ik weet niet of mijn antwoord ingewikkeld genoeg is, maar het is gewoon de luchtdruk in de band.

Als je meer gewicht op het wiel zet, dan drukt de band een stukje in, zodat het oppervlak waarmee de band de straat raakt groter wordt.

klazon schreef:Ik weet niet of mijn antwoord ingewikkeld genoeg is, maar het is gewoon de luchtdruk in de band.

Als je meer gewicht op het wiel zet, dan drukt de band een stukje in, zodat het oppervlak waarmee de band de straat raakt groter wordt.

Je zou denken dat door het gewicht van de fietser de lucht in evenwichtssituatie in héél de band onder een iets hogere druk komt te staan. Maar dan blijft er geen resulterende opwaartse kracht op de velg meer over. Daar zit mijn probleem wanneer we het met de gebruikelijke gaswetten willen oplossen.

Je zou denken dat door het gewicht van de fietser de lucht in evenwichtssituatie in héél de band onder een iets hogere druk komt te staan. Maar dan blijft er geen resulterende opwaartse kracht op de velg meer over. Daar zit mijn probleem wanneer we het met de gebruikelijke gaswetten willen oplossen.

De vraag is wat er verandert aan de fietsband als er iemand op de fiets gaat zitten. De fietsband vervormt, en vermoedelijk wordt zijn inhoud kleiner en de luchtdruk hoger.

Iets duidelijker is die verandering bij een ballon die op de grond ligt, waar je een vlakke plaat met een bepaald gewicht bovenop legt. De ballon vervormt (de onder- en bovenkant platter, de zijkant sterker gekromd), zijn inhoud wordt kleiner en de druk hoger. Door de hogere druk draagt hij het extra gewicht.

Aanvulling: De druk helpt uiteraard alleen in combinatie met de fietsband om de velg. Zonder die band zou een verhoogde omgevingsdruk, die langs de hele omtrek van de velg gelijk is, de velg niet van de grond tillen (is dat inderdaad jouw probleem?). Maar een opgepompte fietsband is een elastische ophanging die de velg van de grond tilt.

Iets duidelijker is die verandering bij een ballon die op de grond ligt, waar je een vlakke plaat met een bepaald gewicht bovenop legt. De ballon vervormt (de onder- en bovenkant platter, de zijkant sterker gekromd), zijn inhoud wordt kleiner en de druk hoger. Door de hogere druk draagt hij het extra gewicht.

Dat geval begrijp ik, omdat de afplatting dan onder én boven optreedt (en de opwaartse kracht door die afgeplatte vlakjes wordt doorgegeven).

Aanvulling: De druk helpt uiteraard alleen in combinatie met de fietsband om de velg. Zonder die band zou een verhoogde omgevingsdruk, die langs de hele omtrek van de velg gelijk is, de velg niet van de grond tillen (is dat inderdaad jouw probleem?).

Juist!

Maar een opgepompte fietsband is een elastische ophanging die de velg van de grond tilt.

Daar zou ik graag wat meer uitleg over hebben.

Maar een opgepompte fietsband is een elastische ophanging die de velg van de grond tilt.

Dat zou dus betekenen dat de velg als het ware aan de daar van binnen uit tegenaan gedrukte band hangt.

Laten we eerst eens zien wat er gebeurt als we het wiel boven de grond houden. De lucht in de band drukt de velg dan naar binnen en duwt de band naar buiten. Er staat dus rondom op de velg een naar binnen gericht kracht. Omdat de band rondom naar buiten gedrukt wordt, staat er op de velg echter ook via de band rondom een naar buiten gerichte kracht.

Nu laten we het wiel op de grond zakken. De druk van de lucht in de band wordt nu op het vlakje waar de band de grond raakt door de normaalkracht van de grond opgevangen. Daar zal de band de velg dus ook niet meer of in ieder geval minder naar buiten trekken. Zo ontstaat er dan een resulterende opwaartse trekkracht van de band op de velg.

Is dit het soort verklaring waar je op doelt?

Is dit het soort verklaring waar je op doelt?

Een fietswiel met een opgeblazen luchtband is een structuur die zijn stevigheid ontleent aan een evenwicht tussen drukkrachten en trekkrachten. De drukkracht komt van de luchtdruk, de trekkracht van de buitenband.

Interessant is het onderstaande diagram uit een bericht in een ander forum.. De schrijver daarvan redeneert: "The pressure of the air inside the tyre is NOT what supports the vehicle. The vehicle HANGS from the tyre through the cords that form the tyre. The air pressure simply keeps the TOP of the tyre from collapsing."

We zitten nu waarschijnlijk wel op het juiste spoor. Ik beschouwde de band oorspronkelijk als bijzaak, maar zo kom je er dus niet. Met de uitleg in de link ben ik het een heel eind eens, maar nog niet helemaal. De vormverandering van de band lijkt mij niet de kern van de zaak. Volgens mij is alleen de grootte van het raakvlak van de band met de grond relevant. Dat de band op de grond minder aan de velg trekt komt doordat de grond via de normaalkracht de druk van de lucht in de band (deels) al opvangt. De band trekt dan aan de bovenkant van het wiel harder omhoog aan de velg dan beneden bij de grond naar beneden. (De onderste pijl in het plaatje wijst de verkeerde kant op.) Zo worden de fiets en fietser gedragen.

Het zou nog wel aardig zijn een experiment te bedenken om na te gaan of dit inderdaad is hoe het werkt...

Ik heb de indruk dat je vraagt wat er verandert aan de fietsband als er iemand op de fiets gaat zitten. Daarop is het antwoord dat de fietsband vervormt, zijn inhoud wordt kleiner en de druk hoger.

Niet volgens de latere tekening. Ik heb de gegeven doorsneden even op een ruitjesachtergrond geplakt en hokjes geteld.
Als ik al een verschil tel is het in het voordeel van de afgeplatte onderkant.

@ Jan van de Velde. Dank, dat is mooi. Dit wijst erop dat de voor de hand liggende voorstelling van de lucht in de band als een soort van veer niet de juiste verklaring is. De verklaring op basis van de druk- en trekkrachten op de velg is onafhankelijk van een geringe volumevermindering of -vermeerdering door indeuking van de band.

Iets wat mij nog dwars zat was het volgende: hoe kan de velg aan de band trekken? Een oplossing daarvoor zou kunnen zijn dat de velg niet zozeer op de plaats waar de band moet worden vastgehouden trekt, als wel dat de band aan de overzijde van het wiel tegen de velg duwt.

De conclusie uit het plaatje is ook wel gerechtvaardigd, want het is ook in de praktijk ook niet zo dat de druk in een band bij redelijk toenemende belastingen serieus toeneemt, in ieder geval niet evenredig. De druk verandert nauwelijks, wel verandert door indeuken het contactoppervlak tussen band en wegdek, waardoor (F= p x A, gelijke druk, groter oppervlak), een grotere kracht kan worden doorgegeven.

Nog wat zoeken leverde mij onderstaande e-boek op:

http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc13166/m/

Is te downloaden, maar duurt wel even.

In het eind van Ch. 3 'Mechanism of load carrying' en in Ch 4 staat veel info.

Bartjes schreef:Dat de band op de grond minder aan de velg trekt komt doordat de grond via de normaalkracht de druk van de lucht in de band (deels) al opvangt. De band trekt dan aan de bovenkant van het wiel harder omhoog aan de velg dan beneden bij de grond naar beneden. (De onderste pijl in het plaatje wijst de verkeerde kant op.) Zo worden de fiets en fietser gedragen.

Het zou nog wel aardig zijn een experiment te bedenken om na te gaan of dit inderdaad is hoe het werkt...

dat (gedachten) experiment heb ik voor je: ga op een skippy-bal zitten: zelfde effect, nu zit er totaal geen "band" aan de bovenkant van "het wiel".

Kortom, mijn conclusie: de bovenkant van het wiel zit er voor niks aan als het op dragen aankomt. Shoot at it.

Jan van de Velde schreef:dat (gedachten) experiment heb ik voor je: ga op een skippy-bal zitten: zelfde effect, nu zit er totaal geen "band" aan de bovenkant van "het wiel".

Kortom, mijn conclusie: de bovenkant van het wiel zit er voor niks aan als het op dragen aankomt. Shoot at it.

Een wiel met rondom allemaal kleine skippy-ballen zou moeten kunnen werken. En ik zou ook begrijpen hoe het werkt - dat wil zeggen: indien de velg voor ieder skippy-balletje een plat vlakje had waar tegenaan dat balletje indrukt wanneer het het wiel draagt. Dan heb je gewoon telkens één plat raakvlakje met de grond en één met de velg. En via die vlakjes wordt de (draag)kracht doorgegeven.

Het probleem met een gewoon wiel is echter dat de lucht in de binnenband voortdurend tegen het zelfde contactvlak in de velg aanduwt...