Virajlara neden eğim verilir?
Soru: Virajlara neden eğim verilir?
Kısa Cevap: Virajlara, dönüş için gerekli merkezcil kuvvetin oluşmasına yardımcı olmak ve uygun süratte yanal sürtünme ihtiyacını azaltmak amacıyla eğim verilir.
Detaylı Cevap: Virajda yolun dış kenarı iç kenarından daha yüksek yapılır. Böylece yolun araca uyguladığı normal kuvvet, düşey doğrultudan virajın merkezine doğru eğilir. Bu kuvvetin yatay bileşeni, aracın yön değiştirmesi için gereken merkezcil kuvvete katkı sağlar.
Virajın dış tarafı neden yükseltilir?
Aracın virajı dönebilmesi için merkeze yönelmiş bir net kuvvet gerekir. Yolun dış tarafının yükseltilmesi, yüzeye dik olan normal kuvvetin merkeze doğru bir bileşen kazanmasını sağlar. Yol mühendisliğinde bu enine eğime dever denir.
Eğimin etkisini anlamak için merkezcil kuvvet ve viraj hareketi örneklerini inceleyebilirsiniz.
Yatay viraj ile eğimli viraj arasındaki fark nedir?
Yatay virajda sabit süratle dönen araç için gerekli merkezcil kuvveti lastik ile yol arasındaki statik sürtünme sağlar. Eğimli virajda normal kuvvetin yatay bileşeni de dönüşe katkıda bulunur.
Bu nedenle uygun tasarım süratinde lastiklerin yanal tutunmasına duyulan ihtiyaç azalır. Bununla birlikte gerçek yollarda eğim, sürtünme, dönüş yarıçapı ve sürat birlikte değerlendirilir. Yol tutuşuyla ilgili örnekler için sürtünme kuvvetini artıran ve azaltan uygulamalara bakabilirsiniz.
Sürtünmesiz eğimli virajda dönüş sürati nasıl bulunur?
Sürtünmenin ihmal edildiği modelde normal kuvvetin düşey bileşeni ağırlığı dengeler, yatay bileşeni ise merkezcil kuvveti sağlar:
N cosθ = mg
N sinθ = mv²/r
Denklemler oranlandığında tanθ = v²/(rg) elde edilir. Buradan v = √(rg tanθ) bulunur. θ, yolun yatayla yaptığı eğim açısıdır.
Önemli: Bu modelde bulunan değer, verilen yarıçapta yanal kayma olmadan dönülebilecek tek uygun sürattir. Bir sürat aralığının üst sınırı olarak yorumlanmaz.
Örnek soru ve çözümü
Soru: Yarıçapı 100 metre olan sürtünmesiz eğimli virajda tanθ = 0,4’tür. g = 10 m/s² alınırsa uygun dönüş sürati kaçtır?
Kısa Cevap: Uygun dönüş sürati 20 m/s, yani 72 km/sa. olur.
Çözüm: v = √(rg tanθ) = √(100 × 10 × 0,4) = √400 = 20 m/s. Birim dönüşümüyle 20 × 3,6 = 72 km/sa. bulunur.
Açıklamalar ve Örnek Cevaplar
Eğim verilmesi, lastik ile yol arasındaki sürtünme katsayısını doğrudan artırmaz. Normal kuvvetin yönünü değiştirerek uygun süratte ihtiyaç duyulan yanal sürtünmeyi azaltır.
Hayır. Merkezcil kuvvet, merkeze yönelen net kuvvetin adıdır. Sürtünmesiz eğimli virajda bu görevi normal kuvvetin yatay bileşeni üstlenir.
Sürtünmesiz modelde yarıçap ve yer çekimi ivmesi sabitken eğim açısı arttıkça uygun dönüş sürati artar. Ancak gerçek yol tasarımında diğer güvenlik ve kullanım koşulları da dikkate alınır.
Diğer etkinlik ve alıştırmalar için 11. Sınıf Fizik Ders Kitabı Cevapları MEB Yayınları ana sayfasını inceleyebilirsiniz.