Vem faller fortast? Räkna själv!

När du hoppat från ett flygplan, ökar fallhastigheten tills luftmotståndet är lika stort som tyngdkraften. Vänta därför med fallskärmen, om du fort vill ned. Formeln visar att en större kropp faller fortare än en mindre med likadan form och täthet.

Förenklad bild av yttre krafter på kropp i fritt fall. Friktionskrafter försummas liksom rotationer och instabilitetsfenomen .
Förenklad bild av yttre krafter på kropp i fritt fall. Friktionskrafter försummas liksom rotationer och instabilitetsfenomen. Fallhastigheten (v) ökar tills dess att de uppåtriktade bromsande krafterna (F) har blivit lika stora som den nedåtriktade tyngdkraften (Q).

Fortsätt läsa ”Vem faller fortast? Räkna själv!”

Fyra fel om fyrhjulsdrift

Samma forskarblunder som felaktigt dissade ABS-bromsar och dubbdäck kan nu nyttjas för att peka finger åt fyrhjulsdrift. Visst kan halkan maskeras med 4WD. Men marginalerna ökar faktiskt vid kurvtagning, sidoförflyttningar och motorbromsning

… eftersom en mindre del av de fyra drivhjulens väggrepp konsumeras för längsriktade krafter jämfört med en tvåhjulsdriven bil.
1) Det ignoreras när styrbarhet och stabilitet hos 4WD påstås vara likvärdigt med tvåhjulsdrift i alla körsituationer utom fartökning.

Liksom när de låsningsfria ABS-bromsarna lanserades på marknaden faller nu många in i populistiskt syndabockstänkande och drar alla (bilister med) olika typer av 4WD över en kam (2). Men det är stor skillnad i köregenskaper mellan moderna 4WD-bilar och äldre konstruktioner med gammaldags drivlinor, som krävde mekaniska diffspärrar för att undvika hjulspinn på fläckhalka.

Spår av hjulspinn i snön från vänster fram med fyrhjulsdriven bil som haft antisladdsystemet i full funktion
Spår av hjulspinn vänster fram med Haldex-system i fyrhjulsdriven bil. Först när antisladdsystemet kopplas om till sportläge (ESC off i bilens kontrollpanel) hejdas spinnet på det avlastade hjulet, så att övriga hjul får drivkraft och bilen kommer iväg.

Fortsätt läsa ”Fyra fel om fyrhjulsdrift”

Nobelprisets mänskliga faktor? Hjulkalendern-10

Personliga ingripanden i trafiken hindrar olyckor varje timme året runt. Fällor och fel fixas av oss trafikanter, ”mänskliga faktorn”. Ungefär likadant repareras trasiga DNA i våra celler av enzymer enligt årets svenske Nobelpristagare i kemi.

Telefoto från Hornsgatan i Stockholm som illustrerar problemet med prioritering av uppmärksamheten för bilförare.
Signaler, förbudsskyltar, varningsskyltar, påbudsskyltar, reklam, bilar, cyklister, gående … Vad är viktigast? Foto från Hornsgatan i Stockholm.

Vi skyller vi ofta olyckor på den mänskliga faktorn utan att tala klarspråk och säga namnet på en *specifik* person som råkat bli inblandad just då och där. Därigenom blundar vi för *allmänna* ofullkomligheter, som finns i fordon, trafikmiljöer och -funktioner.

Otaliga gånger pareras dessa systembrister av oss trafikanter. Så det är kanske mänskliga faktorn vi ska tacka för att det sker så få olyckor? Tänk dig att släppa lös en självkörande bil i trafiken på bilden ovan från Hornsgatan.

Inte ens i rondellen intill lilla Sturefors kan jag lita på de halvautomatiska systemen i min fullutrustade Labb-Volvo, modellår 2015. Fotot nedan är taget från en väg med skyltad fartgräns 40. Åt höger gäller 70 och åt vänster 80. Rakt fram finns skyltar med 60, 50 och 30 (bakom buskage).

Foto Lennart Strandberg för bildrullen.se
Tryggt med skyltar, så att man inte kör för fort?

Likheter med DNA-reparationerna tyckte jag kunde anas under onsdagens föreläsning på Linköpings universitet i arrangemang av Sveriges Ingenjörer. Docent Anki Brorsson berättade om Nobelpriset i kemi. “För mekanistiska studier av DNA-reparation”.

Docent Anki Brorsson föreläser vid LiU 151209 om Nobelpriset i kemi.
Docent Anki Brorsson föreläser vid LiU 151209 om Nobelpriset i kemi.

Otaliga brister uppstår, finns och repareras i våra egna kroppars DNA. Det upptäcktes och verifierades vetenskapligt av svensken Tomas Lindahl. Han är en av de tre, som mottar  kemipriset från kungen under dagens festligheter i Blå Hallen. Anki visade också ett par fängslande filmer från Youtube. Den nedan inbäddade handlar om reparationsprocessen: Fortsätt läsa ”Nobelprisets mänskliga faktor? Hjulkalendern-10”

Mät dubbutsticket! Idé belönas? Hjulkalendern 12

På polerad is kan däckdubbar drastiskt öka väggreppet. Men dubbstiften måste sticka ut tillräckligt från slitbanans gummi för att kunna tränga ned i isen. Här har några tiondels millimeter stor betydelse. Därför behövs bra mätmetoder.

Haveriutredarbil (gasdriven äldre V70) hos STOP uppställd för skifte till dubbade vinterhjul.
Mitt företags gamla trotjänare uppställd för skifte till vinterhjul med begagnade Nokian Hakka 7 dubbdäck. Men först kollade jag dubbutsticken – även på Labb-Volvons nya Hakka 8 som står framför V70-hjulen på bilden.
Nytt dubbdäck Nokian Hakka 8 för Volvo XC60 framför två begagnade Hakka 7 för V70.
Nytt Nokian Hakka 8 för Volvo XC60 framför två begagnade Hakka 7 för V70. Mönsterdjupet i millimeter stansas av Nokian. Dubbutstickets variation i tiondels millimeter är svårare att uppskatta.

I forskning och utveckling kan vi ta tid på oss och kolla en dubb åt gången med mätklocka graderad i hundradels millimeter. Så har vi sett att omkring en millimeters skillnad i medelutstick mellan fram- och bakhjul kan förvandla förutsägbar körning på is till ett  hasardspel, åtminstone om bilen saknar väl fungerande antisladd (utan dubb funkar inte antisladd).

I den andra änden av precisionsskalan finns exempelvis de situationer när jag ska sätta mig i en bil för att åka eller köra på isig väg enbart någon enstaka gång. Får jag skjuts är det tveksamt om jag ens tittar på däcken. Det kan uppfattas negativt av bilens förare.

Men däremellan behöver olika aktörer metoder som snabbt ger besked exempelvis om:
Fortsätt läsa ”Mät dubbutsticket! Idé belönas? Hjulkalendern 12”

Styra med antisladd?

Med antisladdsystemen har bilindustrin hjälpt oss undvika livsfarliga sladdolyckor. Men alla vet inte hur de fungerar. Så kraschade en lätt driftande Porsche när föraren gasade i panik utan att styra dit bilen skulle.

Som sakkunnig i åtföljande försäkringstvist fick jag ännu en bekräftelse på problemet.

Antisladdsystemen hjälper föraren att komma dit styrhjulen pekar. Om bilen börjar svänga på annat sätt än föraren beordrar med ratten, så ingriper systemet genom att bromsa enstaka hjul tills ordningen är återställd.

Det här kan ske så snabbt att den begynnande sladden aldrig hinner utvecklas till någon märkbar girrörelse hos bilen. Däremot kan slamret från bromssystemet och blinkande varningslampor tala om att man kör nära gränsen för vad däcken och naturlagarna medger.

Videon nedan visar hur antisladdsystemet arbetar. När bakvagnen sladdar och bilen girar ur kurs bromsas enbart ett framhjul. Där finns också en situation när föraren vill minska stabiliteten för att få bilen att ta styrning och gira till en ny kurs. Då bromsas ena bakhjulet.

Men videon förklarar inte varför antisladdsystemet häver bakvagnssladden (överstyrningen) med framhjulets bromsar medan framhjulsplogningen (understyrningen) avbryts med bakhjulsbromsning.

Den som har roat sig med handbromsvändning är nog med på noterna rent praktiskt och vill kanske inte veta mer om den bakomliggande teorin. Men har du köpt resonemanget om friktionscirkeln i Hjulkalendern 19, så är det bara att utöka analysen från den nedre figuren i Hjulkalendern 21 och lägga till individuell bromsning med ABS enligt Hjulkalendern 22.

Fortsätt läsa ”Styra med antisladd?”

ABS bromsar olika hjul lagom

Med bilens enda bromspedal krävs automatiska reglersystem för att föraren ska kunna nödbromsa effektivt, när väggrepp och belastning är olika för de fyra hjulen. Låsningsfria ABS-bromsar motverkar också bakvagnssladd och framhjulsplogning. 

Först publicerat bakom lucka nr.22 i Hjulkalendern 2013

Sladdande och 'plogande' bil efter bromsning

Om bakhjulen bromsas för hårt jämfört med framhjulen sladdar bilen och girar av sig själv. Omslagsbild till min rapport anno 1996: ”Olycksrisker och bromskraftfördelning i personbilar” (VTI Meddelande 768).

Med låsningsfria ABS-bromsar i moderna bilar kan nödbromsning bli både effektivare och säkrare.
Men okunskap eller reflexmässiga reaktioner från många års körning med äldre fordon gör att många förare släpper bromspedalen, när ABS-ventilerna slamrar.
Så gjorde jag några gånger efter övergången till ABS i början av 1990-talet. Om du också tillhör den skaran, kanske den här hjulklappen kan väcka intresse för att träna bort de gamla reflexerna och kolla om det finns ABS i bilen du ska köra iväg med.

Fortsätt läsa ”ABS bromsar olika hjul lagom”

Bil sladdar som bakvänd kastpil

Kastpilars rörelse får här illustrera varför bilar kan bli instabila, om framhjulens däck har bättre sidgrepp än bakhjulens. Resonemanget bygger på fenomen och begrepp som introducerades i Hjulkalendern 18, 19 och 20.

Krafter från omgivande medium (luft eller vatten) på en farkost.
En farkost med tyngdpunkten i T rör sig här i ett omgivande medium – luft eller vatten. Illustrationen gjordes för Nationalencyklopedin – då utan tanke på att farkosten sedan skulle associeras med en kastpil. 🙂 Alla sidkrafter (s) ger ett summerat vridmoment omkring T motsvarande en enda kraftresultant F med angreppspunkt i tryckcentrum (P).
Eftersom P ligger bakom T är farkosten stabil och återgår till rak kurs av sig själv – oberoende av färdhastigheten (v).

Först publicerad bakom lucka nr.21 i Hjulkalendern 2013

Fortsätt läsa ”Bil sladdar som bakvänd kastpil”

Däck går inte på räls: Hjulkalender-repris

De sista dagarna före julafton försöker Hjulkalendern förklara hur ABS-bromsar och antisladdsystem fungerar. Men för att kunna knyta ihop säcken behöver vår hjultomte reda ut ytterligare ett par dynamiska fenomen. Nu är det avdriftens tur.

Först publicerad bakom lucka nr.20 i Hjulkalendern 2013

Tracks and steered wheel angles Low speed cornering without sideslip angles
Hjulspår vid långsam körning i kurva utan nämnvärda sidkrafter eller avdriftsvinklar. För att inte då få motriktade sidkrafter på styrhjulen konstrueras styrgeometrin så att det kurvinre hjulet styrs mer än det yttre, som rullar i en större radie. Principen kallas Ackermannstyrning.
I julbrådskan tog jag en figur från en artikel* om bakhjulsstyrda fordon. Deras lågfartsgeometri är densamma, men de dynamiska egenskaperna är svårbemästrade med olyckor som följd.  *Strandberg, L (1983). Danger, Rear Wheel Steering. Journal of Occupational Accidents.

Däckspår på marken efter en bil som svängt i mycket låg fart kan se ut som i figuren ovan. Där har hjulen ritat fyra cirklar med samma medelpunkt. Men när det går fortare krävs sidkrafter från underlaget, som  deformerar däcken och får de rullande hjulen att ‘krypa’ i sidled. Se videon nedan.

Fortsätt läsa ”Däck går inte på räls: Hjulkalender-repris”

Svänga eller bromsa? Friktionscirkeln

Kan krafterna från vägen på ett rullande hjul få bilen att både svänga och bromsa? Ja, det kan nog alla förare erinra sig. Men om allt väggrepp utnyttjas för fartökning eller för bromsning i en nödsituation – då finns inget sidgrepp kvar för att svänga.

Hur stor sidkraften kan bli på ett rullande hjul avgörs av storleken på den längsriktade driv- eller bromskraften. Förenklat brukar man beskriva sambandet med hjälp av den så kallade friktionscirkeln, som här också kan benämnas väggreppscirkeln.

Tangentiella krafter från underlaget på ett rullande hjul.
Den största sidkraft (S) som ett rullande hjul kan få från vägbanan begränsas av friktionscirkeln och minskar om bromskraften (B) ökar. Sidkraften ökar med ökande avdriftsvinkel upp till ett maximum. Mer om det kommer senare i Hjulkalendern.

Först publicerad bakom lucka nr.19 i Hjulkalendern 2013

Fortsätt läsa ”Svänga eller bromsa? Friktionscirkeln”

Centrifugalkraften är ingen yttre kraft

Varför ändrar en bil fart och rörelseriktning? Det ska Bildrullens hjultomte försöka illustrera de sista sex dagarna före julafton. För att det ska fungera utan missförstånd, skrotar vi först begreppen centrifugalkraft och levande kraft.

Först publicerad bakom lucka nr.18 i Hjulkalendern 2013

Presentationsbild ur Körkortsboken från www.str.se
Föreläsningsunderlag för kursen Farkostteknik vid Linköpings universitet. Framtaget efter initiativ och på uppdrag av Sveriges Trafikskolors Riksförbund, www.str.se

Lärarna i Sveriges Trafikskolors Riksförbund, STR, hade fått sin auktoritet ifrågasatt av fysikutbildade studenter, när man gick igenom Körkortsbokens kapitel om bilens köregenskaper. Där likställdes centrifugalkraften med sidkraften som ”orsakar sladd när väggreppet inte räcker till” (från vänstra sidan av bilden ovan).

Inom fysiken och den Newtonska mekaniken resonerar vi tvärtom. Sidkrafterna på däcken från vägen krävs för att få bilen att svänga (se högra sidan av bilden ovan). På samma sätt kan det gamla och oegentliga begreppet ”levande kraft” förvirra, eftersom det ofta avser rörelseenergi – som kräver en motriktad bromskraft för att minska.

STR och deras läroboksförfattare anlitade mig därför för att reda ut begreppen och stötta trafiklärarna med läromedel som återgav dem berättigad auktoritet även bland fysikutbildade körkortsaspiranter. Med hjälp av en diagnostisk test från kollegan Jonte Bernhard vid Linköpings universitet grundlades den nödvändiga förändringen i tankemodellerna hos seminariedeltagarna i Landskrona (STR:s kansli finns där).
Ett exempel på resultat finns i textförändringen på sid 122 i Körkortsboken från 2002 till 2003 års upplaga enligt bilden ovan.

Fortsätt läsa ”Centrifugalkraften är ingen yttre kraft”

Därför har vinterdäck sämre våtgrepp

Myndigheters och massmedias utomvetenskapliga argument om olycks- och hälsorisker har pressat många bilister att välja vinterdäck utan dubbar. För att greppa bra på is måste gummit vara mjukt. Men det ger sämre våtgrepp …

Först publicerad bakom lucka nr.16 i Hjulkalendern 2013

… Det beror på att en mjuk slitbana är mer följsam mot vägytans ojämnheter och når djupare ned i beläggningens små ‘gropar’ eller ‘dalar’. Där tvingar gummit upp vattnet, så att det separerar slitbanans molekyler från beläggningens även på ‘topparna’. Lokal vattenplaning blir resultatet och väggreppet minskar.

Figur som i jämförelse med ett hårt däck visar hur ett mjukt däckgummi planar i mikroskopisk skala.

Pumpeffekten ger sämre våtgrepp för mjuka däck (grått i övre ramen). Gummits drapering omkring underlagets ojämnheter och dess inre dämpning ger visserligen friktionskrafter på is – trots att  vatten (ljusblått i figuren) separerar däckets och det fasta underlagets molekyler. Men på barmark är den kraften relativt liten och pumpeffekten ger större absoluta förluster i väggrepp. Det hårdare däckgummit (svart i nedre ramen) kan inte trycka upp lika mycket vatten.   🙂 Figuren är sammanställd som tack till besökarna av Bildrullens Hjulkalender 2013. Jag hittade ingen video på nätet som enkelt förklarade fenomenet. Du som lyckas bättre ombeds vänligen lägga in sådana webbadresser i en kommentar nedan.

Fortsätt läsa ”Därför har vinterdäck sämre våtgrepp”

Orsak och verkan förväxlas igen

Dagens huvudledare i DN fortsätter blunda för skillnaden mellan kausala och statistiska samband. Att orsak bör föregå verkan bryr man sig inte heller om. Så underblåses osaklighet och personliga motsättningar i det offentliga samtalet.

Den klimatpolitiska debatten påminner om hur fysikern Galileo Galilei behandlades av medeltidens auktoriteter, som vägrade acceptera att inte de var i världens centrum. Nu liksom då ignoreras solens och världsrymdens betydelse för vad som händer på jorden.

Då var det kyrkan, nu är det tämligen okända aktörer bakom politikerna, som etablerar krav på medborgarnas beteende för att frälsa jordelivet. Moraliserande över detaljer i vardagen förmodas kunna ”rädda” klimatet, genom att atmosfärens koldioxidhalt förutsätts styra temperaturen i stället för tvärtom.

Dagens DN-ledare skanderar att ”det finns massivt stöd bland forskare för det långsiktiga sambandet mellan koldioxidutsläpp och stigande värme på jorden.”

Men det är fel, om ordet utsläpp tolkas som i de senaste decenniernas offentliga samtal. Däremot finns vetenskapliga studier som bekräftar ett starkt statistiskt samband under hundratusentals år mellan temperatur och mängden (halten, koncentrationen) CO2 i jordatmosfären.

Mätningarna tyder också på att orsakssambandet är det omvända mot det som klimatpolitikens CO2-jakt bygger på. Till detta finns rimliga fysikaliska förklaringar, som så kallade klimatskeptiker ibland försöker få gehör för.

Det hindrade inte tjänstemän vid en statlig inspektion att förvanska ett diagram och därmed förstärka illusionen att CO2-utsläppen bestämmer temperaturen. I förment miljövänlig anda gavs sedan livsfarliga råd i den kampanjbroschyr, som spreds till miljontals svenskar för några år sedan.

Där hade kurvorna flyttats, så att temperaturen felaktigt hamnade efter koldioxiden, trots att det var tvärtom i originalen från FN:s klimatpanel, IPCC.
Kampanjen förvandlade alltså verkan till orsak.

Läs mer om det i mina artiklar på Newsmill, exempelvis den inledande med rubriken
Klimatbluff i statlig folder till miljontals svenskar

Bilens halkmätare varnar flera

Halkmätare i bilar som även kan varna andra utvecklas nu i Finland. Där realiseras de funktioner, som vi förgäves sökte forskningsanslag till vid Linköpings universitet för ett decennium sedan.                [Först publicerad 2013-02-04]

Tillsammans med Waze eller andra sociala navigationsnätverk kan ett nytt bilburet halkvarningssystem från VTT åstadkomma det som vi siktade på i ett forskningsprogram vid Linköpings universitet, LiU, under 2000-talets inledning:

Omslag till program för workshop vid LiU med representanter för forskning och utveckling i svensk fordons- och telekomindustri
Omslag till program för workshop vid LiU med representanter för forskning och utveckling i svensk fordons- och telekomindustri

Där fanns också en social halkvarningsfunktion, som byggde på signaler från bilens hjulhastighetssensorer för ABS-bromsarna. Professor Fredrik Gustafsson hade jobbat med idén sedan tidigt 1990-tal, då ABS-tekniken började slå igenom på bilmarknaden.

Powerpointbild från presentationer i USA av svenskt bilsäkerhetsutveckling.
Presentationsbild vid en veckas Roadshow för USA:s bilindustri arrangerad 2005 av Invest in Sweden Agency. Syftet var att locka investerare till stöd för utvecklingen av svensk bil- och telekomindustri.

Bilindustrin, telekomföretag och flera av mina kolleger vid LiU:s institutioner medverkade i planeringen av programmet, som var en del av det nationella initiativet IVSS (Intelligent Vehicle Safety Systems) från Invest in Sweden Agency, ISA.

För ISA och IVSS deltog jag i en roadshow i USA:s bildistrikt. I en sex man stark delegation från Sverige mötte vi utvecklingspersonal bland annat hos ägarna till Saab (GM) och Volvo personvagnar (Ford). Bilden ovan är från min presentation där.

Fortsätt läsa ”Bilens halkmätare varnar flera”

Därför blev bilfilmen misslyckad

Videon skulle visa hur bilens specialstativ får kameran att följa förarens blick, när vägen svänger. Men bilfysiken glömdes nog bort i manuset och demofilmen blev en flopp. Här förklarar jag varför.

Filma bilåkning som proffsen. Så skriver Ny Teknik över ett foto på stativet med bildtexten
”En svängarm med en tyngd vrider kameran med hjälp av centrifugalkraften”:

Accelerationsgirande kamerastativ för montering i bil som körs på horisontell vägbana
Klicka på bilden för mer info om stativet från Vectormount

Men i demonstrationsvideon körs bilen inte på väg utan på böljande sanddyner.
Fortsätt läsa ”Därför blev bilfilmen misslyckad”

Tänkandets hantverk uppvisat vid Linköpings universitet

Vid högskolan behöver vi lära oss att hantera komplexitet, se sammanhang och bygga nytt. Detta tänkandets hantverk beskrivs i dag på DN Debatt. Ett lysande exempel upplevde jag i måndags under en disputation vid Linköpings universitet.

”Tänkandet och tanken, inte kunskapen i sig, är själva tillväxtmotorn.” Så presenteras Mats Lindgrens artikel på DN Debatt i dag. Där uppmanas vi att ‘friskt blanda det analytiska med det kreativa och gestaltande’.

Denna blandning tyckte jag mig ha smakat på vid Linköpings universitet för fyra dagar sedan. Då försvarade Joakim Ekberg sin doktorsavhandling, ”Online health promoting communities – Design, implementation and formative evaluation of an intervention”.
Föreställningen inleddes pedagogiskt av Joakims handledare, Toomas Timpka, och lotsades suveränt av av opponenten, Sven Bremberg.

Huvudhandledaren, professor Toomas Timpka kollar en bild som snart ska förklaras av respondenten, Joakim Ekberg, efter upplysande frågor av opponenten, docent Sven Bremberg. Betygsnämnden till höger.

Fortsätt läsa ”Tänkandets hantverk uppvisat vid Linköpings universitet”