PAS 10
Globus de la mort: per què la moto no cau quan és a dalt de tot?
Al globus, la moto circula per dins d'una esfera, en un cercle vertical. Si negligim l'aire i el fregament, hi actuen dues forces, el pes P, sempre cap avall, i la normal N, que fa la paret i que apunta sempre cap al centre.
A baix, el pes apunta cap enfora del cercle, i per això la normal ha de ser gran, cosa que fa que el pilot se senti «més pesat». A dalt, el pes i la normal apunten tots dos cap al centre. Si la moto va a poc a poc, el pes tot sol ja és més del que demana la corba, i la moto es desenganxa de la paret i cau.
La geometria del punt més alt. Sense la paret, la moto es convertiria en un projectil i cauria seguint una paràbola que, a prop del punt més alt, es corba com un cercle de radi v²/g. Si v²/g > R, la caiguda seria més oberta que el globus, i la moto intentaria travessar la paret, que l'empeny de tornada. Si v²/g < R, la caiguda es corba més que el globus, i la moto s'allunya de la paret i cau. Podem comparar les dues corbes a la lupa de sota la simulació.
Dalt: \(N + P = \dfrac{m\,v^2}{R}\)Baix: \(N - P = \dfrac{m\,v^2}{R}\)\(v_{\text{mín}} = \sqrt{g\,R}\)radi de la caiguda lliure al punt més alt: \(\dfrac{v^2}{g}\)La velocitat mínima al punt més alt correspon a N = 0, quan només el pes fa la força centrípeta, i no depèn de la massa de la moto.
pes P normal N resultant cap al centre v
Per comentar
- Mira la línia discontínua «camí sense paret» i fixa't quan entra a la paret (verda) i quan se'n separa cap a dins del globus (vermella).
- A la lupa, deixa la corba de la caiguda exactament a sobre del globus i compara aquesta velocitat amb vmín.
- Redueix la velocitat fins que la moto caigui i observa en quin punt es desenganxa. Com es compara aquesta velocitat amb vmín?
- Canvia la massa i mira si la velocitat mínima canvia. Per què?
- En quin punt del globus el pilot se sent més pesat, i quantes vegades el seu propi pes?
- Per què l'aigua no cau d'una galleda que fem girar molt de pressa en vertical?