A quale velocità si ribalta il carrello? Necessito ripasso di fisica :)

reggio

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Ciao, scusa, stavo scrivendo la mia e non avevo ancora visto la tua
Utilizzando FP2 eFs2, da me trovate graficamente, si è dimostrato che i due calcoli,
mio e proposto da altri, portano allo stesso risultato di 81 Kg, che è la forza di ribaltamento applicata sulla stessa linea della forza FS.
Puoi lasciare quì come hai scomposto?
due calcoli, mio e proposto da altri, portano allo stesso risultato di 81 Kg
Quali calcoli? Dove?
Ora non resta che calcolare la velocità alla quale il carrello sviluppa una forza d'inerzia di 81 Kg.
come suggerisci di ottenerla?
 

ragnol

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Anch'io mi chiedevo a cosa serva la quota dei 1225mm (ho già il braccio della forza esercitata dall'uomo), e anch'io mi sono chiesto a quali calcoli Ferraroni facesse riferimento, visto che non ho trovato altri 81kg in giro per il post.

In ogni caso, posso metterci la testa in pausa pranzo, se puoi aspettare...
 

cacciatorino

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come suggerisci di ottenerla?
Forse questo e' uno dei casi in cui conviene rivolgersi ad un consulente piuttosto che agli utenti del forum, se non si e' in grado di vautare la correttezza delle risposte.
 

ragnol

Utente attivo
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Non è tanto una questione di velocità (come ha già spiegato bene @meccanicamg ): il carrello può fare anche 200 m/s, se lo puoi decelerare in mezz'ora. Non si ribalterà...

A te interessa la decelerazione, la quale ti genera la "F" che stai cercando, ma andando all'indietro. ovviamente non può considerare un urto perfetto, perché anche per una velocità ridicola avresti una decelerazione che tende ad infinito. Da non-ingegnere, secondo me devi determinare quanto tempo "s" hai per decelerare, con questo potrai legare la decelerazione alla velocità e quindi alla forza, andando all'indietro per fare in modo che il momento ribaltante sia minore/uguale al momento stabilizzante.
Quanto vale questo tempo "s"? Come ti dicevo, in pausa pranzo provo a pensarci, ma ti dico già come lo ipotizzerei (ipotizzando il carrello come indeformabile): supponiamo che tra urto contro l'ostacolo e carrello fermo la parte dove è applicata la forza avanzi di 50mm (rotazione antioraria di tutto il carrello rispetto al sasso), dopo di che tornerà a ruotare in senso orario fino a che le ruote tornano a poggiare. Questa rotazione, ad una certa velocità, richiede un certo tempo, che ti dice quanto vale la decelerazione. "Giocando", anche con un foglio excel, sulla velocità iniziale (che modifichi come vuoi), e/o sulla rotazione del punto di applicazione della forza che ritieni accettabile (0,1° come 10°) dalla quale ricavi la decelerazione (quindi la forza ribaltante, e da questa il momento ribaltante), secondo me puoi ricavare la triade di valori [velocità, rotazione del carrello (considerato rigido) e quindi tempo a disposizione per la decelerazione, e decelerazione/forza ribaltante che ti vanno bene].

Ps: io ho considerato il carrello infinitamente rigido. Anche per decelerazioni modeste, le ruote dietro dovrebbero sollevarsi. In realtà non accade perché credo ci sia una cascata di mini-deformazioni che dissipano l'energia dell'urto. Da una certa decelerazione in poi avrai davvero il distacco delle ruote posteriori (insomma, mai inchiodato con l'anteriore della mtb in discesa? Se freni abbastanza la ruota dietro si alza, non ci sono ma.... :)

Ma forse quello che ho scritto è tutto da buttare. Ci penso tra un'ora
 

ceschi1959

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Io la vedo così:
se il sistema fosse fermo (velocità costante = 0 m/s) non sarebbe altro che una trave incernierata nel punto S ed appoggiata alla ruota posteriore.
Facendo l'equilibrio dei momenti a me viene il momento risultante Mr=560 Nm (in senso orario).
Il momento deve essere equilibrato dalla reazione vincolare della ruota posteriore. Applicando il principio dei lavori virtuali abbiamo che il lavoro deve essere pari a 560 J (momento e lavoro hanno le stesse unità di misura) da cui deriva che l'energia cinetica del sistema, affinché ci sia ribaltamento, deve essere pari a 560 J cioè v=(560*2/200)^0.5=2.37 m/s circa. (200 sono i kg dell'unica massa presente nel problema).
Questo esercizio mi ricorda il mio scritto di Meccanica Razionale di un secolo fa, ci hanno segati tutti... il professore era andato al luna park con il figlio e aveva visto la nave dei pirati. L'esercizio consisteva nello stabilire qual era l'oscillazione massima che la nave poteva avere considerando appunto il traliccio a cui era ancorata incernierato ad una estremità e appoggiato all'altro.
p.s. scusate la postilla: le unità di misura si devono scrivere correttamente m, s, kg (con la k minuscola), N, J ...
pp.ss. avevo scritto male la formula della velocità moltiplicando e non dividendo per la massa.
 
Ultima modifica:

Nicola Bizioli

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Io la vedo così:
se il sistema fosse fermo (velocità costante = 0 m/s) non sarebbe altro che una trave incernierata nel punto S ed appoggiata alla ruota posteriore.
Facendo l'equilibrio dei momenti a me viene il momento risultante Mr=560 Nm (in senso orario).
Il momento deve essere equilibrato dalla reazione vincolare della ruota posteriore. Applicando il principio dei lavori virtuali abbiamo che il lavoro deve essere pari a 560 J (momento e lavoro hanno le stesse unità di misura) da cui deriva che l'energia cinetica del sistema, affinché ci sia ribaltamento, deve essere pari a 560 J cioè v=(560*2/200)^0.5=2.37 m/s circa. (200 sono i kg dell'unica massa presente nel problema).
Questo esercizio mi ricorda il mio scritto di Meccanica Razionale di un secolo fa, ci hanno segati tutti... il professore era andato al luna park con il figlio e aveva visto la nave dei pirati. L'esercizio consisteva nello stabilire qual era l'oscillazione massima che la nave poteva avere considerando appunto il traliccio a cui era ancorata incernierato ad una estremità e appoggiato all'altro.
p.s. scusate la postilla: le unità di misura si devono scrivere correttamente m, s, kg (con la k minuscola), N, J ...
pp.ss. avevo scritto male la formula della velocità moltiplicando e non dividendo per la massa.
560Nm da dove esce?
 

ceschi1959

Utente Standard
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560Nm da dove esce?
Ho fatto questi conti

a1=atan(730/1600) angolo alla base Fp
a2=atan(1225/1800) angolo alla base Fs
L1=.73/sin(a1) m braccio forza Fp
L2=1.225/sin(a2) m braccio forza Fs
Fp1=2000*sin(a1) N
Fs1=500*cos(a2) N
M1=L1*Fp1=1460 Nm
M2=L2*Fs1=900 Nm
Mr=560 Nm

sempre che l'ipotesi di partenza sia corretta.
 

Nicola Bizioli

Moderatore
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Ho fatto questi conti

a1=atan(730/1600) angolo alla base Fp
a2=atan(1225/1800) angolo alla base Fs
L1=.73/sin(a1) m braccio forza Fp
L2=1.225/sin(a2) m braccio forza Fs
Fp1=2000*sin(a1) N
Fs1=500*cos(a2) N
M1=L1*Fp1=1460 Nm
M2=L2*Fs1=900 Nm
Mr=560 Nm

sempre che l'ipotesi di partenza sia corretta.
ma presupponendo Fs1 come indicato. Dato che escluderei per calcolare il ribaltamento.
 

pollo

Utente Standard
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software: vari
regione: Toscana
con le forze non puoi risolvere
Come ti hanno suggerito, bilancia l'energia meccanica

1. Prima dell'urto è tutta energia cinetica di traslazione (1/2*m*v2)
Dopo l'urto è tutta energia cinetica di rotazione (1/2*J*w2), dove J è il momento rispetto al punto di rotazione, w è la velocità angolare incognita che ti ricavi dall'uguaglianza tra le due

2. A questo punto il baricentro del sistema comincia a ruotare intorno al sasso, salendo
La condizione limite la raggiungi quando il baricentro raggiunge la verticale sul sasso, con una variazione di quota pari al raggio di rotazione-la quota del baricentro all'inizio della rotazione
Questa variazione di quota (chiamiamola h) corrisponde all'energia potenziale gravitazionale mgh
Se la tua energia cinetica rotazionale (ovvero l'energia cinetica di traslazione iniziale) è maggiore di questa energia potenziale gravitazionale, allora ribalta. Quindi, con i vari passaggi ti viene che 1/2mv2<mgh.


Ovviamente questo vale se è un pezzo unico: se nel frattempo varie parti scivolano, allora il discorso cambia.

Ma alla fine, non fai prima a pulire dai sassi?

Ciao
 

pollo

Utente Standard
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regione: Toscana
Con i numerelli mi risulta che la v iniziale per ribaltare è circa 5.8 m/s (ovviamente nell'ipotesi di corpo unico rigido): è una velocità elevata.
Secondo me ti si ribalta il frigorifero che stai trasportando intorno allo spigolo anteriore di base
 
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Marco F inox

Perito Meccanico Piegatore
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La quota di 1225 serviva per un completamento del disegno, ma è servita anche a me per
far vedere la scomposizione delle forze.
Utilizzando FP2 eFs2, da me trovate graficamente, si è dimostrato che i due calcoli,
mio e proposto da altri, portano allo stesso risultato di 81 Kg, che è la forza di ribaltamento applicata sulla stessa linea della forza FS.
Spingendo il carrello con una forza costante di 50 Kg, si crea un moto uniformemente
accelerato, con una velocità che sarà in aumento, ma con una accelerazione costante,
che sarà data dalla formula F = m*a.
Ricordo che la velocità si misura in m/sec, l'accelerazione, che è la variazione di velocità
nell'unità di tempo, si misura in m/sec quadrato ( m/sec/sec). La massa in Newton.
Dalla formula si ricava: a = F/ m = 500 / 2000 = 0,25 m/sec quadrato.
Ora non resta che calcolare la velocità alla quale il carrello sviluppa una forza d'inerzia di 81 Kg.
Allego mio disegno.
 

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Marco F inox

Perito Meccanico Piegatore
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regione: Emilia Romagna
La forza di ribaltamento di 81 Kg. deriva dalla equivalenza fra i due momenti, come è già stato detto.
ossia: 200Kg * 730mm / 1800mm = 81 Kg.
Questa forza che agisce in orizzontale sulla stessa linea di spinta FS, per arrivare al ribaltamento, deve fare percorrere al punto A, uno spazio da A a B, che graficamento ho rilevato di 820mm, ma che con più precisione si può calcolare con la trigonometria.
Moltiplicando la forza per il suo spostamento, si ottiene il lavoro o energia in joule necessari a portare il baricentro sulla verticale del sasso.
Come da disegno allegato, risulta un lavoro L di 664J.
Dalla formula L = 1/2*massa * Velocità al quadrato, si ricava la velocità.
V = radice quadrata di ( 2* L /massa ) = Radice di 0,66 = 0,8 metri /secondo..
 

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pollo

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Scusate, ma voleva sapere quale è la forza di spinta per ribaltarlo quando trova un ostacolo, o la velocità oltre la quale si ribalta se trova un ostacolo?
Nel primo caso, momento ribaltante > momento stabilizzante (basta che la forza sia sufficiente a far alzare la ruota posteriore che, se continua ad esercitarsi, ribalta il sistema)
Nel secondo caso energia cinetica iniziale > energia potenziale al ribaltamento (e delle forze di spinta non mi interessa nulla, tanto che ha detto che la spinta viene tolta quando trova il sasso).
 

meccanicamg

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Scusate, ma voleva sapere quale è la forza di spinta per ribaltarlo quando trova un ostacolo, o la velocità oltre la quale si ribalta se trova un ostacolo?
Nel primo caso, momento ribaltante > momento stabilizzante (basta che la forza sia sufficiente a far alzare la ruota posteriore che, se continua ad esercitarsi, ribalta il sistema)
Nel secondo caso energia cinetica iniziale > energia potenziale al ribaltamento (e delle forze di spinta non mi interessa nulla, tanto che ha detto che la spinta viene tolta quando trova il sasso).
La velocità dimenticala.
 

Marco F inox

Perito Meccanico Piegatore
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Considerazioni sulla forza di spinta FS.
Questa forza costante, serve solo a caricare il carrello di energia, fino a fargli raggiungere la velocità di ribaltamento, nel momento in cui arriva a contatto con l'ostacolo del sasso.
Una forza minore lo farà in un tempo e con uno spazio superiore, mentre una forza maggiore lo farà in un tempo e con uno spazio minore.
Ecco perchè questa forza non è intervenuta nei calcoli, non viene tolta ma si esaurisce nel momento del ribaltamento.
 

DoctorBomber90

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Buongiorno a tutti. Ho provato a fare due conti.
Innanzitutto, quando il carrello avanza VERSO SINISTRA e incontra l'ostacolo (in questo caso, il sasso), si genera una forza di inerzia pari a Mcarrello*Accelerazione che viene applicata nel baricentro del sistema.
Questa forza appare ogni volta che il sistema subisce delle variazioni di velocità, come in questo caso (dato che PRIMA dell'urto, avanzava ad una certa velocità e DOPO l'urto, è totalmente fermo e si ribalta).
Come diceva @biz ,devi trovare l'accelerazione.
Scriviamo l'equazione alla rotazione attorno al sasso.

(F. Peso)*g*X- (F.Spinta)*g*Y - (F.Inerzia)*Z =0
(F. Peso)*g*X- (F.Spinta)*g*Y - Massa Carrello*Accel*Z =0


I termini espressi sulla sinistra dell'uguaglianza sono dei MOMENTI dove:
  • Il momento della forza peso è tale da mantenere il veicolo a terra;
  • I momenti generatesi dalla forza di spinta e dalla forza d'inerzia sono ribaltanti(cioè tali da far ribaltare il veicolo);
N.B.: Ho considerato positivi i momenti che fanno ruotare il corpo in senso orario e negativi quelli che fanno ruotare il corpo in senso antiorario.

Dopo di che, mettiamo come incognita l'accelerazione Accel e stimiamo così il suo valore tale da ribaltare il sistema.

Accel =[F.SPinta*g*Y-F.Peso*g*X]/[Massa Carrello*Z]

dove:
F.peso = Massa Carrello = 200 Kg;
F.Spinta = 50 Kg;
g = 9,81 m/s^2 (accelerazione di gravità);
X= distanza orizzontale dal baricentro rispetto al sasso= 730 mm;
Y=distanza verticale della spinta rispetto al sasso= 1800 mm;
Z=distanza verticale dal baricentro rispetto al sasso= 1600 mm;

Inserendoli nella formula qua sopra riportata ci ricaviamo/stimiamo l'accelerazione.

Accel=[200*9,81*730-50*9,81*1800]/[200*1600]
Accel=1,72 m/s^2
Immagine discussione.png
 
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DoctorBomber90

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L'inerzia è rivolta verso sinistra perchè, il nostro caso, è una frenata/arresto del veicolo.
Se il veicolo da fermo dovesse ripartire, allora la forza d'inerzia sarà rivolta verso destra.
Tutto ciò dipende sempre dalla cinematica del sistema, cioè in che direzione avanzerà il veicolo e da come varia la velocità in funzione del tempo.
 

Marco F inox

Perito Meccanico Piegatore
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L'inerzia è rivolta verso sinistra perchè, il nostro caso, è una frenata/arresto del veicolo.
Se il veicolo da fermo dovesse ripartire, allora la forza d'inerzia sarà rivolta verso destra.
Tutto ciò dipende sempre dalla cinematica del sistema, cioè in che direzione avanzerà il veicolo e da come varia la velocità in funzione del tempo.
La forza di spinta, aiuterebbe il ribaltamento se la ruota sx fosse bloccata, dal sasso o da qualsiasi altro elemento.
Ma quando la spinta agisce, il sasso non c'è e qualsiasi forza applicata costantemente, spinge il carrello all'infinito, producendo solo aumento di velocità, ma non lo ribalta.
Chiedere a che velocità il carrello si ribalta, se la ruota sx si blocca, è come chiedere a quale distanza dalla ruota, devo mettere il sasso.
E' la forza di inerzia crescente, accumulata durante la corsa, che fa ribaltare il carrello, se bloccato repentinamente l'avanzamento.
Il sasso deve essere considerato come un muretto, impenetrabile.
 

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