Auton painon vaikutus huippunopeuteen

[hopsis]

Tehkääpäs joku Näsinneulasta testi. Kaksi saman kokoista palloa. Toinen tyhjä ja toinen täynnä vaikka vettä. Painossa pitäisi olla selkeä ero. Pallot ylhäältä irti ja jos on ollut yläasteen fysiikantunnilla hereillä niin tietää missä järjestyksessä tulevat alas.

[Ilkka L]

No yllähän on todettu, että tämä pätee kovemmissa nopeuksissa, missä ilmanvastus esittää merkittävämpää osaa. Moposi tuskin meni yli kahta markkaa

No ei se ihan kahta markkaa kulkenut :) Juu, tiedän että oli kyse suuremmista nopeuksista, mutta laitoinpa vain esimerkkinä tuon mopojutun. Sen verran selkeä ero oli nopeuksissa.

Sama tilanne oli kyllä havaittavissa satapiikillä mittarinopeuksissa (kaksi-/yksipäällä) 120/140km/h.

[jarpale]

Sama tilanne oli kyllä havaittavissa satapiikillä mittarinopeuksissa (kaksi-/yksipäällä) 120/140km/h.

Myös ilmanvastus kasvaa, kun on kaksi kyydissä. Harvoin mopoissa on umpikori, kuten autoissa.

[Marko77]

Tää on vuoden ketjuvoittaja!

Fysiikan lait on kumottu

[JanMan]

Suurempimassaisella autolla on enemmän liike-energiaa kuin kevyemmällä, joten se jaksaa mennä paremmin ilmanvastusta päin. Eli siis vauhtiin päästyään ilmanvastus ei hidasta sitä yhtä tehokkaasti kuin kevyttä autoa.

[Vieras]

Suurempimassaisella autolla on enemmän liike-energiaa kuin kevyemmällä, joten se jaksaa mennä paremmin ilmanvastusta päin. Eli siis vauhtiin päästyään ilmanvastus ei hidasta sitä yhtä tehokkaasti kuin kevyttä autoa.

Tällä on merkitystä ainoastaan kun jalka nostetaan kaasulta, joten ei liity alkuperäiseen ongelmaan mitenkään.

Tehkääpäs joku Näsinneulasta testi. Kaksi saman kokoista palloa. Toinen tyhjä ja toinen täynnä vaikka vettä. Painossa pitäisi olla selkeä ero. Pallot ylhäältä irti ja jos on ollut yläasteen fysiikantunnilla hereillä niin tietää missä järjestyksessä tulevat alas.

En ole ihan varma mitä haet tällä - mutta yläaste-viittauksesta päätellen ehkä (?) viittaat että pallot osuisivat maahan samaan aikaan (olettaen että on täysin tyyntä jne.). Jos kappaleet ovat täsmälleen saman muotoiset, samanlaisella pintakuviolla jne., eli vain tiheydessä on eroa: Todellisuudessa tietysti suurempimassainen kohtaa maan nopeammin, massaeron suuruudesta riippumatta. Näsinneula kun ei ole tyhjiössä.

Tilannetta on helppo havainnollistaa täyttämällä toinen pallo pienitiheyksisellä aineella (ilma) ja toinen vaikkapa vedellä. Tyhjiössä osuvat mittausvirheen rajoissa samaan aikaan, kunhan kappaleiden massa on riittävän pieni suhteessa maapallon massaan. Pöydältä huoneilmassa pudottaessa vesipallo osuu maahan ensin.

Yläasteella käsiteltiin tilannetta yleensä tyhjiössä ja muutenkin yksinkertaistetusti (joskus sattunut sijaistamaan yläasteen ja lukion fysiikantunteja). Reaalimaailman tilanteen mallintaminen on todella paljon haastavampaa.

[hopsis]

Ilmakehän tiheys. Tampereella kulkee kovempaa kuin Turussa.

[marco]

Pitää vielä palata tähän threadiin. Hymyilyttää kyllä.....
mutta oli mulla asiaakin. Nimittäin tuollainen putoustesti esittää aika mielenkiintoisen ongelman:

Otetaan esimerkkinä pingispallon kokoiset kaksi palloa, jotka ovat muutoin identtiset mutta niiden painot ovat 1kg ja 2kg. Nehän tunnetusti osuvat yhtäaikaa maahan samanaikaisesti tiputettuna vaikkapa tuolta Näsinneulasta. No, miksi siis autojen kiihtyvyys (tiellä) on eri kun massoissa on vaikkapa 400kg ero (ja autot muutoin ovat identtiset). Sama voimahan yhtälailla molemmissa tapauksissa kumpaankin kappaleeseen kohdistuu.

No, ongelmahan on vain hetkellinen..... :) Maan vetovoima on sen verran valtava että tästä ei aiheudu eroa tiputeltaessa pieniä palloja. Autojen tehot taas ovat jokseenkin pienet ja samoin tätä vielä jatkaen, niiden massat suhteessa tehoon eli kiihdyttävään voimaan aika suuria. Tämä siis olettaen että niillä kiihdytellään tiellä. Tiputetaan samat sieltä Näsinneulasta - ja alas räsähtävät yhtäaikaa.

Jälkihuomiona se etten aivan tajunnut edellisen postauksen pointtia, ”Hopsis”. Tarkentaisitko (jos tarpeellista)? Siis tuo Näsinneula-testi.
Vastaus kun riippuu tilanteesta. Riittävän painavat kappaleet tipahtavat samanaikaisesti maahan, mutta vaikkapa esimerkinomaisesti nimetyt pingispallo1 (normaali) ja pingispallo2 (joka on täytettynä vaikka vedellä) tipahtavat todennäköisemmin eri aikaan. Tämä sen takia että keveämmän/normaalin pingispallon loppunopeus on pienempi ja reitti vielä mahdollisesti eri (syyt: ilmanvastus/noste ja tuuli; eka pallo kun on ’liian’ kevyt tämäntyyppiseen kokeeseen).

Nuo pappamopot ja kevarit samoin kannattaa unohtaa kokeellisella puolella malliin ’yksin/kaksin kyydissä’.
Tässähän ei ole mitään uutta... kappaleiden mekaniikka ja kinematiikka on jo melkoisen vanhaa fysiikkaa.

[marco]

"Jos kappaleet ovat täsmälleen saman muotoiset, samanlaisella pintakuviolla jne., eli vain tiheydessä on eroa: Todellisuudessa tietysti suurempimassainen kohtaa maan nopeammin, massaeron suuruudesta riippumatta"

Täh??

[JanMan]

Tällä on merkitystä ainoastaan kun jalka nostetaan kaasulta, joten ei liity alkuperäiseen ongelmaan mitenkään.

Oikeassa olet jos tuuliolosuhteet pysyvät vakiona, mutta mielestäni ilmavirtojen vaikutus suurempimassaiseen on pienempi, eli käyttäytyy rauhallisemmin ja pienempi reagointi ilmanvastuksen muutoksiin = helpompi ajaa kovempaa. Jos ajatellaan pelkästään matemaattisesti, niin silloin painolla ei taida vaikutusta olla nopeuteen, ainoastaan kiihtyvyyteen.

[Ilkka L]

Myös ilmanvastus kasvaa, kun on kaksi kyydissä. Harvoin mopoissa on umpikori, kuten autoissa.

Sanotaan näin, että ilmanvastus muuttuu, kun on kaksi kyydissä. Kyydittävä kuitenkin istuu kuskin selän takana eli paketin otsapinta-ala ei juurikaan muutu. No kasvaa se varmaan hieman. Siihen en osaa ottaa kantaa, muuttuuko paketin Cv oleellisesti yksi- tai kaksipäällä.

Suurempimassaisella autolla on enemmän liike-energiaa kuin kevyemmällä, joten se jaksaa mennä paremmin ilmanvastusta päin. Eli siis vauhtiin päästyään ilmanvastus ei hidasta sitä yhtä tehokkaasti kuin kevyttä autoa.

Juu, liike-energiaa on enempi suurempimassaisella autolla, mutta liike-energia ei ole auton vauhtia ylläpitävä voima. Sillä ei taida olla merkitystä tässä keississä. On kuitenkin totta, että jos meillä on kaksi muuten samanlaista, mutta eri massaista autoa, niin suurempimassaisen vauhti hidastuu hitaammin ilmanvastuksen vuoksi kaasu ylös nostettaessa, koska sillä on suurempi liike-.energia.

Tehkääpäs joku Näsinneulasta testi. Kaksi saman kokoista palloa. Toinen tyhjä ja toinen täynnä vaikka vettä. Painossa pitäisi olla selkeä ero. Pallot ylhäältä irti ja jos on ollut yläasteen fysiikantunnilla hereillä niin tietää missä järjestyksessä tulevat alas.

Kyllä, painavampi pallo osuu nopeammin maahan. Tyhjiössä, jossa siis ei ole ilmanvastusta, tilanne olisi eri.

[Vieras]

Kyllä nyt on monenlaista itseoppinutta "fyysikkoa" liikenteessä. Hohhoijaa.

Marko:
- Jos haluat mallintaa tilannetta käytännössä, osta 2 ilmapalloa. Täytä toinen vedellä, toisen voit puhaltaa täyteen. Tiputa vaikka parvekkeelta alas tyynellä säällä. Mitä käy?
- Jos haluat ymmärtää asian teoriassa, muista että väliaineena on ilma, ei tyhjiö. Taikasana on rajanopeus.

Helppo, yksinkertaistettu tarkastelu tapahtuu voiman ja vastavoiman kautta. Oletetaan tilanne jossa kevyt ja painava pallo lähestyvät maan pintaa samalla nopeudella. Tällöin kumpaankin kohdistuu ilmanvastuksen takia suoraan ylöspäin voima N ("noste"), joka on riippumaton kappaleen massasta. Toisaalta alaspäin kohdistuu paino G - joka voidaan tässä laskea kaavalla m * g (~9,81m/s2). Jollain nopeudella v, jos pallot on pudotettu riittävän korkealta, pallo saavuttaa suurimman nopeutensa, jolloin olennaisesti on N = G (koska resultanttivoima F = 0 = ma -> a=0). Nyt oletetaan että toinen pallon massa on kaksinkertainen. Tällöin alaspäin kohdistuva voima on 2G. Olennaisesti tällöin nopeudella v on edelleen G>N, jolloin myös a>0, eli kappale kiihtyy kunnes saavuttaa rajanopeuden.

[hopsis]

Niin, itse asiassa puhuin taas eri asiasta kuin oli tarkoitus. Hain ajatuksissani terminal velocityä. Eli kuvitellaan että pallot pudotettaisiin vaikkapa lentokoneesta kilometrien korkeudelta. Näsinneulan korkeudelta ei 9.81m/s2 vielä riitä keräämään huippunopeutta. Eikös ideana ole että jokaisella kappaleella on vapaassa pudotuksessa huippunopeus?

Jos esimerkin vuoksi ajatellaan että auton moottori tuottaisi tuon saman kiihtyvyyden G niin eikö silloin sama huippunopeus toimisi myös vaakasuuntaisesti koska ilmakehä on suurissa nopeuksissa käytännössä ainoa jarruttava voima. Tätenhän massalla ei voi olla merkitystä suurimpaan nopeuteen koska vapaan pudotuksen suurimman nopeuden määrittää ilmanvastus. Laskuvarjohyppääjän nopeus moninkertaistuu kun vaihtaa x-asennosta syöksyyn.

[marco]

Kiitos ;) Eli mitEN käy? -> luulin jo kertoneeni että ilmanvastus vaikuttaa.

Mutta noin, ylipäätään - että suurempimassaisella on suurempi nopeus painovoiman vaikutuksesta. Mielenkiintoistahan edelleen.

[okkim]

Oikeassa olet jos tuuliolosuhteet pysyvät vakiona, mutta mielestäni ilmavirtojen vaikutus suurempimassaiseen on pienempi, eli käyttäytyy rauhallisemmin ja pienempi reagointi ilmanvastuksen muutoksiin = helpompi ajaa kovempaa. Jos ajatellaan pelkästään matemaattisesti, niin silloin painolla ei taida vaikutusta olla nopeuteen, ainoastaan kiihtyvyyteen.

Kummalla on helpompi ajaa kovempaa on eri asia, kuin se että kumpi kulkee kovempaa.

Niinkuin Ilkka tuolla jo sanoi, liike-energia ei ylläpidä auton nopeutta.

[Vieras]

Marko: Jotenkin tuo "Täh??" viittasi mielestäni siihen että olit eri mieltä asiasta. Ja kyllä: Vapaassa pudotuksessa suurempimassainen mutta muuten vastaavanlainen (tilavuus, muoto, pintarakenne, etc.) kappale saavuttaa väliaineen (esim. ilma) läsnäollessa suuremman nopeuden. Näin ollen myös maanpinta voidaan saavuttaa nopeammin... Kaavat ja vaikka googlailuun sopivat taikasanat kerroin jo aiemmin.

(Eiköhän allekirjoittaneen kontribuutio tähän ketjuun ollut tässä. Varsin turhauttavaa kun ehkä puolet kirjoittajista ymmärtää jotain fysiikasta ja loput sitten spekuloivat muistikuvilla fysiikantunneilta, sekoittaen ilmiöitä toisiinsa, käyttäen vääriä termejä jne.)

[JanMan]

Kummalla on helpompi ajaa kovempaa on eri asia, kuin se että kumpi kulkee kovempaa.

Niinkuin Ilkka tuolla jo sanoi, liike-energia ei ylläpidä auton nopeutta.

Niin, tarkoitin tuolla että jos ilmavirroissa tapahtuu muutoksia esim. tulee vastatuulen puuska, niin sellaiset eivät vaikuta suurempimassaiseen niin paljoa kuin kevyeen autoon. Mutta tosiaan, jos päästään ajamaan täysin muuttumattomissa olosuhteissa (eli puhutaan teoriassa) niin eroja ei pitäisi olla.

[Mr.Crossfire]

Niin, se on harmillista että kaikki eivät ole yhtä fiksuja ja oppineita kuten Eräät.

Mutta! Onneksi internetissä kirjoittaminen perustuu vapaaehtoisuuteen.

:)

[hopsis]

Elkäähän nyt niin vakaviksi vetäkö. "Not sure if trolling or just stupid..." :)

[marco]

Dumo: olen eri mieltä - ja nyt viittaan siihen että käytännössä tuota eroa ei havaitse vaikka fysiikan kaavoilla sitä voisi toisin todistellakin. Kun siis massaa on riittävästi ja ilmavastuksessa ei eroa. Yleisesti tunnistettu tosiasia on että kappaleet kuten pöydät, sohvat, kengät, polkupyörät... ovat maassa talon katolta heitettynä noin samaan aikaan.

Hopsis: selkis. Noinhan se menee.

Ps. Off-topic ja reilusti

[alpi]

Olikos se Galilei, joka tiputteli niitä eri painoisia palloja Pisan tornista ja totesi että putoamisaika nimenomaan _ei_ riipu kappaleen massasta, vaan... yllätys yllätys, ilmanvastuksesta.

[Ipsi]

Galilei

Kyllä ja ei. Kaksi samanlaista, mutta eripainoista tulevat eri aikaan. Kaksi samanpainoista, mutta erilaista (ilmanvastuksen osalta), tulevat nekin eri aikaan. Tulokseen ei varmaankaan vaikuta tiputetaanko ne Pisasta vai Näsinneulasta? :-)

[taski]

Kyllä ja ei. Kaksi samanlaista, mutta eripainoista tulevat eri aikaan.

Tarkennetaan nyt vielä, että tiheydeltään samanlaiset kappaleet, vaikkapa iso ja pieni lyijykuula, putoavat painovoiman vaikutuksesta samaan tahtiin.

Ja Galilei kaiketi, tornista pudottelun sijaan, vieritteli kuuliaan kaltevia tasoja pitkin. Siten nopeudet pysyivät tasolla, jossa havaintojen teko oli helpompaa.

[alpi]

Mjoo, näinhän se taitaa olla että massan ja ilmanvastuksen suhde määrää tuon loppunopeuden putoavissa objekteissa. Tätä ei nyt kannata sotkea varsinaiseen aiheeseen, kun sillä ei ole putoamiskiihtyvyyden kanssa mitään tekemistä.

Eli auton massa ei vaikuta sitä eteenpäin vievän voiman (moottorin teho) suuruuteen, toisin kuin pudotessa, jolloin kappaletta alaspäin vievä voima on massan ja putoamiskiihtyvyyden tulo.

Menikö edes sinnepäin? :P

[Vieras]

Niin, se on harmillista että kaikki eivät ole yhtä fiksuja ja oppineita kuten Eräät.

Itse kyllä pidän kovin fiksuna sitä, että ei puhu faktoina asioista (vänkäämisestä puhumattakaan), joista ei tiedä. Kysyminen on ehdottomasti asia erikseen. Vrt. "luulin toisin, lienen väärässä, voitko selittää miksen tätä ilmiötä havaitse näissä olosuhteissa" vs. "kyllä se nyt varmasti on pakko mennä näin tosielämässä, kokeilin tiputtamalla sohvan ja pöydän katolta ja yhtä aikaa näyttivät osuvan!"

Ei kukaan ole väittänytkään että kaikkien pitäisi tietää kaikesta kaikki - silloin ei tätä keskustelua (eikä suurinta osaa muistakaan) olisi tarvinnut edes aloittaa. Sokratesta lainaten: "Viisas on se, joka tietää, ettei tiedä" (vaan sitäkään ei kyllä ole kovin helppoa aina tietää).

[marco]

Joo-å. Ja kerran vielä pojat .)

Enpä ole nähnyt vielä yhtäkään tässä ketjussa esitettyjen väittämien/tms todistamista oikeaksi taikka vääräksi. Enemmänkin menee siten että joidenkin asioiden osalta on enemmän kannatusta kuin toisten.

Lähemmäksi alkua tätä ketjua katsovat huomaavat että kirjailin jo että omani ovat mielipiteitä ja jos sitä en joka viestissä ole toistanut niin vastuu jääköön kuulijalle :) Siitä ei kenenkään tarvi suuttua. Olen huomannut että selkeämmät kannanotot saavat aikaan enemmän keskustelua ja myös nopeammin.... wink-wink

Off-topikin höyhenistä voin jatkaa (ja ei tarkoita että 'väitellä') jossain muussa ketjussa.

Eipä silti, moni varmaan mielellään kuulisi fysiikkaa paremmin tietäviltä että kuinka se tämän ketjun aihe (massan vaikutus auton huippunopeuteen) oikein menee ja oikeasti. Oli se sitten todisteilla tai ilman.... eikä tämä ole kohdistetusti kehenkään jo kirjoittaneeseen taikka lukeneeseen.

[jpeltopuro]

Tuolta sitten kohtuullisen hyvä teoreettinen selvitys kaavoineen, jos tämä kiinnostaa. Tuo on kohtuullisen laajasti kannatusta saanut, fysiikan lakeihin ja tieteellisiin testeihin perustuva asia. Fysiikka ei ole politiikkaa, jossa voisi ottaa golfpallon käytöksestä yhden osan ja fotoniteoriasta toisen osan, ja vetäistä niistä sitten jonkin jytky-mietelmän, josta tulisi uusi totuus :)

[Vieras]

Hyvä idea Jani. Tehdään sama "putoavat pallot" kokeen osalta. Ehkä NASA:n selitys vakuuttaa omia perusteluita paremmin - ovat kuitenkin käyneet kuussakin :). Samat perustelut ja kaavat ovat toki NASA:lla, kuin mitä kirjoitin ylempänä.

"Comparing two objects, the higher velocity occurs for greater weight, lower drag coefficient, lower gas density or smaller area. Objects do not fall at the same rate through the atmosphere."

Ja vielä niille, jotka eivät usko tähän, koska Galileo:
"If we have two objects with the same area and drag coefficient, like two identically sized spheres, the lighter object falls slower. This seems to contradict the findings of Galileo that all free falling objects fall at the same rate with equal air resistance. But Galileo's principle only applies in a vacuum, where there is NO air resistance and drag is equal to zero."

[mremonen]

"Comparing two objects, the higher velocity occurs for greater weight, lower drag coefficient, lower gas density or smaller area. Objects do not fall at the same rate through the atmosphere."

Nii-no, en nyt tiedä mitä tieteellistä todistelua tuohon tarvitaan. Asianhan voimme todeta kokeellisestikin: tehdään kaksi laskuvarjoa, toinen tuuman teräslevystä ja toinen laskuvarjosilkistä. Lennetään lentokoneella kahteen kilometriin ja hypätään "laskuvarjot" avaten alas. Koska ehdotin tätä koetta, niin minä saan valita varjon ensin.

[marco]

Hep! Off-topic edelleen, mutta tuleehan sitä todistetta. Näitähän netistä löytää enemmänkin (vaikka kaikkeen sieltä löytyvään ei kannata luottaa).

Ks. http://www.physicsclassroom.com/clas...laws/u2l3e.cfm

Ratkaiseva osa on ilmanvastuksen osuus (suuruus). Ja myös putoamismatka.
Käytännön erot jätän vastaamatta.