Question:
Pourquoi ressent-on une courte traction dans la mauvaise direction lorsqu'un véhicule s'arrête?
Tobias Kienzler
2010-11-12 16:01:55 UTC
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Lorsque vous êtes dans un train et qu'il ralentit, vous ressentez la poussée en avant de la décélération, ce qui n'est pas surprenant puisque la force que l'on ressent résulte du bon vieux $ F = m a $. Cependant, au moment où le train s'arrête, on est apparemment tiré vers l'arrière. Mais est-ce un effet physique réel ou simplement le résultat d'une inclinaison vers l'arrière pour compenser la décélération et cette force qui s'arrête soudainement?


Jusqu'à présent, les réponses s'accordent essentiellement sur le fait qu'il y a deux forces de ressort impliquées, pour une se tromper comme déjà deviné par moi et pour l'autre le véhicule lui-même comme suggéré pour la première fois dans la réponse de Robert. De plus, comme Gerard l'a suggéré, le relâchement des freins et d'autres effets de friction pourraient jouer un rôle. Alors soyons plus précis avec la question:

Quel effet domine le mauvais effet de traction? Et donc, qui peut le réduire le plus:

  • le voyageur
  • le conducteur
  • le concepteur du véhicule?

modifier Rendons cela plus intéressant: je mets en place une prime de 50 100 (voir la modification ci-dessous) pour concevoir une expérience pour expliquer cet effet ou au moins prouver mon explication bonne / mauvaise, et d'ici la fin de ce mois, je vais attribuer une deuxième prime de 200 150 pour ce que je juge subjectivement être la meilleure réponse décrivant soit:

  • une expérience réussie (une vidéo ou une reproductibilité doit être incluse)
  • une simulation numérique
  • une description théorique rigoureuse

mise à jour puisque j'aime les suggestions de QH7 et Georg, j'ai décidé de mettre en place une deuxième prime de 50 (réduisant ainsi la deuxième prime à 150 cependant)

Dix-sept réponses:
#1
+45
Kostya
2011-02-28 22:20:51 UTC
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J'ai passé le week-end dernier à faire ma propre réalisation du code de la méthode MPM (juste pour le plaisir). J'ai juste eu l'idée d'essayer de simuler quelque chose de similaire au problème qui nous intéresse.

Voici donc notre "voiture".
Initial configuration
Elle se déplace vers la droite avec une vitesse constante. Ensuite, j'applique une force externe constante aux "roues" pour les arrêter. Et c'est ce que j'ai:
1 step1 2 Step2
3 step3 4 step4
5 step5 6 step7
Les couleurs indiquent la quantité de stress dans le milieu. Et voici l'animation: Animation

Chacun est libre de donner d'autres idées de simulations / visualisations ...

impressionnant! la voiture a l'air un peu bancale, mais fondamentalement, cela soutient fortement la théorie du ressort
Eh bien, je l'ai fait bancal pour être plus visuel. Et je pense que cela prend en charge la plupart de toutes les choses sensées dites à propos de l'effet ...
Cela illustre bien les contraintes et les mouvements sur les parties de la carrosserie de la voiture et mérite d'être examiné, mais ceux-ci ne sont pas susceptibles de provoquer des effets sur le passager.
Je suis désolé si je suis tellement novice que je ne peux tout simplement pas comprendre, mais quelle est exactement la conclusion ici? Ce sont de superbes illustrations au fait, mais si cela est censé montrer que la voiture bancale renverse un peu la personne, je ne suis pas sûr de voir cette conclusion être tirée.
Essayez de ne rendre flexible que la jonction entre les roues et la carrosserie de la voiture. Je pense que la suspension seule suffit à donner de l'effet.
L'utilisation de l'arc-en-ciel est odieuse.Veuillez ne pas être si inconsidéré envers [les personnes daltoniennes] (http://www.colourblindawareness.org/colour-blindness/causes-of-colour-blindness/) et utiliser par exemple [* cividis *] (https://www.comsol.com/blogs/a-simulation-color-table-for-engineers-with-color-vision-deficiency/).
#2
+18
Lawrence B. Crowell
2011-02-10 19:44:12 UTC
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J'ai dessiné cette image ci-dessous:

delivery of braking force between the ground and vehicle

où, en revenant sur cette page, je vois que cette question a 3 mois. Cependant, je répondrai à cela de toute façon, car personne n'a eu la bonne réponse à mon avis. La photo illustre les ressorts ou entretoises dans le chariot inférieur du véhicule. En décélérant, ceux-ci communiquent la décélération de la route ou des rails au véhicule. La décélération est due à un frottement statique (holonomique ou pas de glissement) entre le pneu et le sol, $ F_b ~ = ~ -kx $. Ici, le frottement de freinage est égal à la force du ressort fournie par les jambes de force. La force de freinage dépend de la vitesse, où $ F_b (v) ~ = ~ F \ theta (v) $, qui est une fonction heaviside qui se désactive lorsque la vitesse est égale à zéro. Cela signifie que le ressort a une légère distension lorsque le véhicule s'arrête et cela donne alors le peu de force vers l'avant que nous expérimentons.

Il arrive souvent que les personnes qui font de la physique théorique n'aient jamais fait des choses comme reconstruire une voiture moteur.

+1 Bien dit, mais je pense qu'il est prudent de souligner que cet argument (quoique moins formel) a en fait été proposé dans d'autres réponses.
Il a mon +1 car c'est probablement la réponse la plus claire et la plus simple.
#3
+15
Diego
2011-02-27 10:42:29 UTC
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Je pense que plusieurs réponses indiquaient déjà correctement des facteurs. Mais, au moins dans les voitures, je pense que le facteur dominant est l'ensemble des ressorts avant et arrière. Mon illustration est très exagérée. En (a), nous avons une voiture à vitesse constante. Lorsque le conducteur donne à la voiture une décélération avec les freins, le système de ressorts entre en configuration (b). Lorsque le véhicule s'arrête enfin et qu'il n'y a pas d'accélération, le système de ressort oscille un peu en arrière (c) avant de revenir à la configuration d'équilibre (a). Le mauvais effet de traction se produit entre (b) et (c) my illustration

+1 pour le dessin, et pour utiliser la même voiture en rotation = P, mais je pense que le corps en tant que ressort est la réponse
Je crois toujours que c'est une explication plus probable que la carrosserie en ressort car je ne pense pas que la voiture soit suffisamment flexible pour surmonter l'effet de suspension. J'aurais probablement dû ajouter un conducteur et les forces agissant sur lui, dans mon illustration. En C, le passager ressent clairement une force dans la direction opposée à celle de la voiture.
#4
+10
Omega Centauri
2010-12-01 21:06:56 UTC
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Nous avons deux effets en cours. La première est que la personne contrecarre une accélération constante, mais lorsqu'elle s'arrête rapidement, rien n'empêche la contre-force (maigre) de créer une accélération de la personne. Le train n'est pas un corps rigide, mais en fait un corps déformable, donc votre intuition qui suppose qu'il possède une rigidité infinie est fausse. Un corps déformable sous contrainte (pour transmettre la décélération des freins à la masse répartie du wagon), est également sous tension (c'est-à-dire que le corps du train subit une certaine déformation). Au moment où la force de freinage est supprimée, ces contraintes et déformations demeurent, et le wagon est dans un état sans équilibre.

Essayez de le modéliser comme une masse sur un ressort attaché à un corps rigide. Soumettre le corps rigide à une accélération constante et laisser le ressort / la masse revenir à sa position d'équilibre. Éliminez ensuite l'accélération. Le ressort n'est pas dans sa position d'équilibre et la masse verra une accélération.

+1 Je pense que cela peut être étayé par mon expérience de ce matin: lorsque le train s'est arrêté, la mauvaise traction ne s'est pas produite immédiatement mais après environ 0,5 seconde, ce qui peut être causé par le froid glacial influençant la constante de ressort effective du train que vous mentionné
+1 Lisez ceci après avoir fait des arguments similaires dans un commentaire ci-dessus. Ceci, à mon humble avis, est la bonne explication.
#5
+6
rds
2011-02-17 23:50:52 UTC
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Il n'y a pas de traction, votre corps se tire à cause de la contraction des muscles pour contrebalancer la décélération.

Modélisons votre corps par une masse repartie verticalement, plus vos pieds. appliqué, vous vous tenez droit. Imaginez que nous sommes à vitesse constante, le train roulant de gauche à droite sur la photo.

equilibrium

Lorsque le véhicule décélère, vous êtes le sujet de la force d'inertie (si nous considérons le train comme référence, la force d'inertie aka force fictive simplifie grandement l'explication; vous pourriez considérer la la terre comme référence et étudiez plutôt l'élan).

Considérons maintenant que vous ne portez pas de rollers. Vos chaussures ont suffisamment de friction au sol et une force opposée est appliquée sur vos pieds. La somme de ces deux forces est nulle et vous ne glissez pas.

inertial

Cependant, ces deux résultats forment un couple ) sur votre corps, qui commence à tourner.

resulting couple

Maintenant, je suppose que vous avez un cerveau. Instinctivement, le cerveau ordonne à vos muscles de se contracter pour contrer ce couple.

counter couple

Ce couple musclé est créé par la contraction de votre mollet puissant (c'est-à-dire en tirant votre corps vers le bas), et votre tibia fort a une force opposée.

Tout à coup, le train s'arrête et la décélération est nulle. Ce qui reste, c'est votre propre couple. Vous vous retirez.

enter image description here

+1 très beau modèle [humain en tant que bloc] (http://www.minecraft.net) :)
Cependant, il reste la question de savoir si cet effet est le principal ou si la conception du véhicule ou le comportement du conducteur joue également un rôle.
Bien sûr, toute cette explication est basée sur le fait que "tout d'un coup" le train décélère, et "tout d'un coup", cette décélération disparaît (quand il est arrêté). Vous ne seriez pas surpris et vous vous sentiriez tiré si la décélération du train augmente lentement puis diminue lentement. En termes mathématiques, cela signifie que l'accélération doit être une [fonction continue] (http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_function) au fil du temps.
_A priori_, la conception du véhicule ne joue aucun rôle. Mais cela pourrait être conçu pour compenser. Par exemple, les rails gauche et droit [TGV] (http://en.wikipedia.org/wiki/TGV) ne sont pas au même niveau lorsque la voie est courbée, de sorte que votre poids latéral compense la [force centrigale] ( http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_force). De même, un train se sentirait plus à l'aise si l'avance était augmentée lorsque les trains décélèrent.
#6
+6
Pavel Radzivilovsky
2010-12-01 03:53:37 UTC
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Vous êtes tiré dans le mauvais sens par vos propres mains et vos jambes, qui ont été sollicitées pour vous empêcher de décélérer avec le véhicule.

Lorsque le véhicule a soudainement arrêté d'accélérer (c'est comment fonctionne la friction: elle est opposée à la vitesse, puis la vitesse atteint soudainement zéro) alors cette tension continue de vous tirer jusqu'à ce que vous réagissiez et vous reconfiguriez.

donc votre réponse concorde fondamentalement avec ma supposition? (+1)
Oui c'est vrai
Je pense que c'est la bonne réponse, mais offrez-y une légère extension:
En plus de la tension accumulée et relâchée par les membres et le torse des passagers, il y aura également un relâchement similaire du siège, de la voiture et des freins du train. Il est clair que les fixations de siège, les fixations chariot-châssis et les fixations freins-châssis ont toutes une petite quantité de `` céder '' en eux (tout comme le plastique réel comprenant la chaise et le métal composant le train). Ainsi, au freinage, le couple dû à la décélération va créer un petit recul, bientôt ressenti, une fois la décélération réduite à zéro.
Cela me semble vrai; cependant, le corps est peut-être le plus flexible de tous, et contribue donc le plus à l'effet.
@PavelRadzivilovsky: Je m'attendrais à ce que les composants plus rigides contribuent le plus.
#7
+6
Grant Crofton
2010-11-12 20:45:58 UTC
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Je pense que la réponse de @ Robert à propos du «fouet» pourrait expliquer certains des effets dans certains cas, mais je doute que cela se remarque dans les trains ou autres choses avec un débattement limité ou nul.

I ' Je suis assez certain que c'est principalement dû à l'effet «penché en arrière» (l'effet Kienzler ??). Emportez une bille avec vous la prochaine fois que vous voyagerez en train, vous pourrez probablement concevoir une expérience pour le découvrir!

+1 yay pour avoir mon propre effet maintenant: p Mais sérieusement, je devrais vraiment juste le tester, un accéléromètre fiable. Peut-être aussi un pendule si je peux décalculer les interactions assez précisément ...
#8
+4
Robert Filter
2010-11-12 18:39:33 UTC
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Je pense que comme l'accélération du mouvement du véhicule dans le sens du voyage est toujours < = zéro pour le processus de ralentissement, l'explication doit être recherchée ailleurs car cela ne peut pas expliquer votre "rebond".

A mon avis, il se peut que le ralentissement agisse aussi sur le véhicule comme une accélération angulaire de telle sorte qu'il s'incline un peu (avant "dans le sol", arrière "dans l'air"). Au moment où le véhicule s'arrête, cette inclinaison disparaîtra (peut être décrite par une oscillation apériodique). Ce mouvement, appelé "up-whipping" aura à nouveau un tournant provoquant le coup de pied dans le siège.

Eh bien, peut-être :)

-1 J'ai peur. Votre paragraphe sur l'accélération / l'oscillation angulaire me ressemble beaucoup.
Eh bien, allez-y et expliquez ce rebond en termes d'accélération le long de la ligne de voyage (1D, a <= 0 pour tout t). Vous pourriez trouver qu'il ne peut pas y avoir d'explication à cela et qu'il faut chercher des alternatives; un a été donné par moi. Je vous suggère d'essayer de comprendre la situation avant de blâmer les autres.
+ 1ing et cogner @Noldorin. Je pense que cela semble possible, mais nous devrions le calculer, le simuler ou le mesurer pour des conclusions finales ...
#9
+4
Ziplin
2010-11-16 02:15:39 UTC
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Je pense que cela a à voir avec Jerk. Jerk est le dérivé de l'accélération. Les freins du véhicule fourniront une force presque constante contre le mouvement de la voiture. Puisque $ F = m a $, votre véhicule ralentit à un taux constant d'accélération négative. Une fois que la voiture s'arrête, la force (et par conséquent votre accélération) passe à zéro très rapidement. Cela se traduit par une grande quantité de Jerk, et c'est ce que vous ressentez.

#10
+4
Qyuubi
2011-02-12 17:30:58 UTC
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Une expérience simple:
Prenez un pendule qui est suspendu à l'aide d'un support comme un cadre en bois.
Enregistrez ce qui se passe lorsque vous vous arrêtez.
Comparez avec une vidéo de vous dans le même train pendant le même arrêt .
Assez scientifique et simple.
Si le mouvement du pendule diffère du vôtre, votre explication est correcte.

Désolé, je n'ai pas d'explication numérique ou théorique.

+1 on pourrait également enregistrer la gare en plus du pendule pour estimer la décélération réelle et ensuite calculer si une force supplémentaire agit sur le pendule
@Tobias, L'enregistrement du train de l'extérieur et du passager aussi est une bonne idée. Mais le pendule ne sert à rien. Cela aurait une fréquence de résonance d'environ quelques dixièmes de seconde, beaucoup trop lente pour vous donner des détails sur l'accélération. Un tel pendule est bien connu sous le nom de "pendule balistique" et vous renseigne sur l'impulsion globale. Le manque d'amortissement entraverait davantage la «lecture» de l'oscillation du pendule.
@Georg: bonne idée, de cette façon on pourrait également comparer plusieurs passagers à la fois. Et oui, un meilleur accéléromètre pourrait effectivement aider
@Tobias, J'essaierais ceci sur un train «musée» (à vapeur). Les trains plus avancés ont des commandes plus sophistiquées et le conducteur est assis dans un siège comme dans une voiture. Les deux facteurs rendent le freinage plus doux en général. Et: personne ne vous posera de questions pourquoi vous enregistrez le train: =)
@Georg: deux excellents points :)
#11
+2
Serg
2012-09-28 23:13:34 UTC
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Je pense que cet effet est causé par le dépassement de la réponse du corps au changement d'accélération du train.

Supposons qu'il existe un train "parfait" qui peut démarrer / arrêter l'accélération (rupture) instantanément. Il commence à ralentir à partir de la vitesse 50 m / s et jusqu'à ce qu'il atteigne la vitesse nulle.

Voici une simulation. Le modèle "corps" est très approximatif, mais démontre l'effet. Comme nous le savons, nous ressentons un effet similaire lorsque le train commence à ralentir.

enter image description here

J'ai pris le corps "en mouvement" "modèle d'ici: http://en.wikipedia.org/wiki/State_space_representation#Moving_object_example

Bons calculs, merci! Vous assumez donc un effet corps-ressort. Je me demande vraiment si une bille roulant sur le sol lorsque la décélération s'arrête accélérerait légèrement ou non ... Bien que je suppose que la vérité est une combinaison de tension de la carrosserie et d'inclinaison du véhicule
#12
+2
Carlos
2011-02-11 18:43:03 UTC
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Une autre façon d'observer cet effet est de demander à une voiture de monter une pente douce à une certaine vitesse, de la mettre au point mort, d'attendre qu'elle s'arrête, puis de frapper les pauses. La plupart des gens s'attendent à ce que l'utilisation des pauses lorsque la voiture est au repos (même si ce n'est que momentanément) n'aura aucun effet perceptible, et ils sont surpris de ressentir une «secousse» très similaire à celle mentionnée dans la question.

#13
+2
Helder Velez
2011-02-24 04:55:33 UTC
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Et donc, qui peut le réduire le plus: le concepteur du véhicule!

Le constructeur automobile français Citroën fait la compensation depuis longtemps.

citation de citroenet

La suspension anti-plongée est incorporée car les freins arrière prélèvent leur liquide de la suspension arrière qui tire la queue vers le bas sous un freinage brusque.

#14
+2
John McVirgooo
2011-02-13 03:35:03 UTC
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L'explication vient de la mécanique standard où un corps est en équilibre lorsque les forces agissant sur, et les couples autour du centre de masse s'additionnent à zéro.

Lorsque le train décélère, il y a des couples agissant sur votre corps là où il entre en contact avec le train via le siège ou le plancher, et vous modifiez automatiquement votre postition corporelle pour créer des contre-couples afin que votre corps reste en équilibre. Lorsque le train s'arrête soudainement, ce contre-couple net n'est plus équilibré et vous faites donc une rotation autour de votre centre de gravité dans une direction qui vous ramène.

#15
+2
andrewfd
2011-02-10 20:26:00 UTC
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Un peu tard dans le match, mais si nous mettons un verre d'eau dans le train dans ces circonstances, vous verrez l'eau poussée vers le côté «avant» de la vitre alors que le train ralentit et ensuite un arrêt, swish vers le côté «arrière» du verre, se répétant en cycles largement décroissants jusqu'à s'immobiliser.

Le corps humain est certainement plus rigide qu'une eau dans un verre, mais vos organes (et votre cerveau qui est assez lourd) suivront le modèle de mouvement de l'eau et vous rebondiront.

Maintenant, essayez la même expérience de pensée avec un verre d'eau solide congelée. Pas de rebond.

Je suppose que la réponse est la dynamique des fluides combinée à la décélération.

En gros ce verre d'eau est une bonne idée, l'inconvénient d'un tel accéléromètre est le faible amortissement de sa vibration naturelle. Mais néanmoins, il faut essayer.
Les accéléromètres utilisés par le TÜV dans les années 50 étaient en quelque sorte des manomètres à tube en U, remplis d'un liquide visqueux.
@georg, si vous êtes concerné par l'amortissement des vibrations, vous pouvez utiliser un pendule rigide; il devrait donner un comportement similaire et pourrait être contraint à un axe.
#16
+2
Gerard
2010-11-13 02:29:16 UTC
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Cela peut peut-être s'expliquer comme ceci:
A un certain moment, le pilote du train relâche le système de freinage. À ce stade, la masse lourde du train est libérée d'une contrainte plutôt puissante et ses roues peuvent se déplacer librement (enfin pas complètement libres bien sûr). Lorsque les roues tournent légèrement vers l'avant, vous ressentez une force dans l'autre sens. La masse du train étant assez importante et le relâchement des freins assez brusque, cette force est plus forte que la précédente décélération prudente.

Donc, la traction courte ne serait pas dans une «mauvaise» direction. Je devrais être facile de vérifier en réalité si cette explication est correcte.

+1 Je ne sais pas si les freins sont relâchés lorsque le train s'arrête, mais cela semble plausible
Cela semble être une explication raisonnable, mais je ne pense pas que ce soit l'effet décrit par Tobias. Vous pouvez l'essayer dans une voiture - si vous relâchez les freins lorsque vous vous arrêtez, vous n'obtenez pas ce que je considère comme l'effet de `` retrait '' (alias Kienzler). Vous ressentez une force dans l'autre sens, mais cela ressemble plus à un retour à la normale. Alors que si vous maintenez les freins serrés jusqu'à ce que vous vous arrêtiez complètement, vous ressentez l'effet. (La plupart des conducteurs évitent de faire cela car cela ne donne pas une conduite douce!)
Cet effet est réel, mais vous avez oublié les ressorts des tampons!
#17
+2
supercat
2014-11-29 23:20:47 UTC
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Bien que je sois vraiment en retard dans le jeu, je voudrais intervenir en disant que lors de la mise en œuvre de systèmes de contrôle de véhicule à guidage automatique (véhicules à guidage filaire avec des parcours fixes), j'ai eu l'occasion de conduire des véhicules tout en expérimentant leurs courbes d'accélération et de décélération; une chose que j'ai remarquée, c'est que le corps humain (enfin, le mien en particulier, mais je suppose que d'autres sont similaires) est remarquablement sensible aux changements d'accélération . Si la vitesse du véhicule est ralentie linéairement à zéro, la décélération sera douce jusqu'à ce que la vitesse atteigne zéro, après quoi peu importe la lenteur de la décélération ou la lenteur du véhicule à l'arrêt , le changement de décélération de non-zéro à non-zéro sera perceptible. Étaler le changement de décélération sur 1/10 seconde peut ne pas affecter visiblement le mouvement de la machine (si une machine décélère uniformément à 10 mm / s / s, elle ne parcourra que 0,05 mm au cours de ses 100 derniers ms; lisser le la courbe de décélération n'ajoute même pas 0,05 mm à la distance totale de déplacement) mais peut avoir un effet notable sur la sensation de conduite.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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