Pogrešni izrazi (35): Težište (centar masa) se mijenja, premješta?! Uh...

DOKTORE POMOZITE

Pogrešni izrazi (35): Težište (centar masa) se mijenja, premješta?! Uh…

Autor: Željko Marušić

24.05.2020.
Pogrešni izrazi, Tehnika

Položaj težišta vozila statička je, u osnovi nepromjenjiva značajka, koji se dinamički mijenja minimalno, ali pri ubrzanju, kočenju i vožnji u zavoju znatno se mijenja položaj ukupnog, rezultantnog vertikalnog opterećenja, uslijed djelovanja dinamičkih (inercijskih) sila…

Premještanje, ‘prebačaj’, mijenjanje težišta, odnosno položaja težišta… česte su i u osnovi pogrešne ‘frazetine’…, kojima ‘znalci’ žele opisati ponašanje vozila pri naglom ubrzanju i kočenju, odnosno vožnji u zavoju. U pravilu povezano je s poprečnim i uzdužnim (odnosno kombiniranim) naginjanjem vozila prema podlozi.

Pritom težište vozila, prema samom vozilu, ostaje gdje jest (!), a mijenja mu se položaj prema podlozi. No to je neusporedivo manje od promjene položaja ukupnog, rezultantnog opterećenja, koje osjeća i kontrolira vozač. I o tome je, u stvari, riječ.

Ukupno (dakle ne konstrukcijsko) težište vozila mijenja se pomicanjem putnika, tereta i goriva, ali premještanje težišta po toj osnovi treba biti minimizirano i strogo kontrolirano. U protivnom automobil, autobus, vlak, plovilo, zrakoplov… izlaze iz normalne dinamike kretanja i situacija izmiče kontroli i može biti izgubljena.

Naime, ako u teretnom vozilu, brodu, zrakoplovu teret nije dobro učvršćen, te se pod djelovanjem inercijskih sila pomakne dolazi do pomicanja ukupnog težišta prijevoznog sredstva (položaj težišta njega samog i dalje ostaje na istom mjestu). I tada se kamion, vagon, brod… lako prevrću, a zrakoplov upada u kovit i ruši. Dakle, ovdje nije o tome riječ!

Težište je točka u kojoj se može smatrati da je koncentrirana cjelokupna masa. Takvo je, točno tumačenje važno radi pojednostavljenja definiranja statičkih i dinamičkih značajki.
Pri naginjanju vozila, pod utjecajem djelovanja bočnih sila, težište praktički ostaje na istom mjestu, a pomiče se položaj rezultantnog vertikalnog opterećenja.

**Težište automobila u zavoju ne mijenja položaj (prema samom automobilu), ali se mijenja položaj ukupnog opterećenja, statičkog plus dinamičkog…**

Ako je težište niže (kao u slučaju vozila s bokserskim motorom, lijevo) poremećajni moment inercijske sile je manji, pa se rezultantno vertikalno opterećenje manje pomiče i auto manje naginje. O prvoj besmislici da se ‘u sudaru povećava masa’ već smo pisali, slično kao što će netko reći da se na Mjesecu masa smanjuje, a na Marsu povećava?!

Masa je svugdje ista, samo što se mijenja gravitacijsko ubrzanje, time i težina. Besmislica je, dakle i da težište vozila mijenja položaj, jer je njegov položaj određen konstrukcijom i izvedbom. O čemu je, dakle, ovdje riječ? O rezultantnom vertikalnom opterećenju, koje mijenja položaj u ovisnosti o djelovanju inercijskih sila!

Naime, po 1. Newtonovom zakonu gibanja (zakonu inercije), kad se uspostavi kočna sila (trenjem u kočnom mehanizmu te između gume i asfalta), masa vozila nastoji zadržati brzinu. Kako automobil djelovanjem kočne sile usporava , po 3. Newtonovom zakonu (akcije i reakcije) uspostavlja se inercijska sila (umnožak mase i usporenja), jednakog iznosa, ali nasuprotna.

Tada nastaje i uzdužni moment inercijske sile oko točke dodira prednjih kotača s podlogom, što povećava opterećenje na prednjim kotačima, koje iznosi statičko plus dinamičko. Na stražnjim kotačima dolazi do vertikalnog rasterećenja (od statičkog se opterećenja odbija dinamičko). Položaj rezultantnog opterećenja približava se prednjim kotačima i to je ono što se ‘premješta’, ‘prebacuje’, a ne težište!

Na položaj težišta automobila bitno ovisi položaj i koncepcija motora, s lijeva nadesno: redni motor ugrađen poprečno, bokserski motor ugrađen uzdužno i V-motor ugrađen uzdužno

U ekstremnim situacijama, pri naglom kočenju motocikla, cjelokupno se opterećenje prebacuje na prednji kotač (trenutak prije nego bi se podigao stražnji kotač). Ali težište vozila, pritom, prema samom sebi, ne mijenja položaj. Mijenja ga, doduše prema cesti, jer se malo podiže i zanemarivo pomiče naprijed. No, to nije dominantno. Dominantno je pomicanje položaja rezultantnog opterećenja!

Slično je i pri vožnji u zavoju, samo što se masa vozila inercijski opire skretanju stvarajući bočnu, centrifugalnu silu, a samo skretanje ostvaruje se centripetalnom silom, koja je zbroj bočnih sila prianjanja kotača. Tada dolazi do intenzivnog bočnog pomicanja ukupnog (rezultantnog) vertikalnog opterećenja automobila i istodobnog bočnog naginjanja.

Kad se pomakne do vertikalne osi kotača, automobil se prevrće. Spretan vozač tada prednje kotače zakreće u kontra smjeru te smanjujući zakrivljenost putanje. Time smanjuje bočnu inercijsku silu i stabilizira automobil. I ovdje dolazi do promjene položaja težišta, malog podizanja i zanemarivog pomicanja suprotno od smjera rotacije.
Na položaj ukupnog (rezultantnog) vertikalnog opterećenja djeluje i otpor zraka.

Zbog toga, što nekima izgleda kao paradoks, motocikl se, itekako, može preokrenuti preko prednjeg kotača ako maksimalno stisnemo prednju kočnicu pri brzini od 20 km/h, a ne može pri 120 km/h, kad je inercijska sila uslijed kočenja znatno veća, jer otpor zraka stvara stabilizacijski moment i poništava djelovanje inercijskog.

Tada prednji kotač može blokirati, što u pravilu izaziva pad, zbog potpunog gubitka bočnog vođenja, ali nema rizika podizanja stražnjeg kotača i preokretanje motocikla preko prednjeg. Taj efekt, ali manjim intenzitetom, događa se kod kočenja automobila pri visokim brzinama

Minimiziranje promjena položaja težišta, smanjivanjem uzdužnog i bočnog naginjanja, krućim oprugama, tvrđim amortizerima i stabilizatorima (balans-štangama), odnosno poluaktivnim i aktivnim ovjesom, temelj je dobre kontrole vožnje pri velikim promjenama ukupnog (rezultantnog) opterećenja, što je nužna posljedice manevriranja, ubrzanja, kočenja… pri bržoj vožnji.

To je lakše ako je težište postavljeno što niže, jer su pomicanja položaja ukupnog (rezultantnog) opterećenja posljedica djelovanja momenata inercijskih sila (uzdužnih i bočnim). O oni nastaju njihovim množenjem s visinom težišta. Dakle, više težište znači i veći poremećajni moment, i obrnuto…