Banyak orang menemukan situasi di mana troli atau tas dengan dua roda kehilangan keseimbangannya dengan kecepatan tinggi - dan mulai berayun dari sisi ke sisi. Pemicu gerakan lateral yang tidak diinginkan bisa menjadi penghalang tiba-tiba di tanah atau perubahan arah yang tiba-tiba. Setelah itu, koper mulai berayun di mana saja, dan amplitudo osilasi meningkat sampai koper jatuh di sisinya.
Fenomena ini telah menyebabkan sejumlah studi teoritis di masa lalu, tetapi para peneliti mengakui fluktuasi koper sebagai pendulum non-linear non-disipatif sederhana (
Graner et al., Masalah Fisika, 2011 ), atau pendulum non-linear paksa (
Plo, Acta Mechanica, 1996 ).
Menurut penulis karya-karya ini, walker menciptakan momen berkala pada gagang koper dan, untuk rentang frekuensi alami, koper terbalik. Dalam studi ini, koper memiliki tingkat kebebasan yang unik, yang mencegah ketidakstabilan yang melekat sebagai properti awal. Faktanya, dinamika yang kaya dari sebuah koper benar-benar diciptakan oleh kombinasi gerakan translasi dan rotasi. Benda padat dapat mengalami hubungan gerakan heterogen seperti itu karena gaya yang bekerja padanya pada titik kontak dengan benda lain. Kekuatan-kekuatan ini membatasi posisi koper (pembatasan holonomik), atau memaksakan koneksi antara posisi dan kecepatan (pembatasan non-ekonomis). Meskipun pembatasan holonomik ketat dalam arti bahwa mereka menghilangkan derajat kebebasan, pembatasan non-ekonomi, sebaliknya, memberi koper lebih banyak kebebasan. Luasnya gerakan yang disediakan pembatasan non-ekonomis sering mengarah pada gerakan parasit. Contoh-contoh terkenal adalah
pelonggaran regeneratif peralatan mesin atau getaran roda mobil. Mengayunkan koper adalah contoh lain dari fenomena yang sama, kata para ilmuwan.
Sekelompok fisikawan dari laboratorium sistem dan bahan yang kompleks di Universitas Paris (Sorbonne) secara menyeluruh mempelajari masalah ini
secara teoritis dan eksperimental , dengan jelas mengklaim Shnobel Prize 2017. Untuk percobaan, instalasi khusus pada dua roda dengan bobot dirancang.
Para ilmuwan telah memberikan bukti eksperimental dan teoretis bahwa goyangan koper disebabkan oleh ketidakstabilan. Ketidakstabilan ini dihasilkan oleh koneksi gerakan ke kemiringan dan pergeseran koper di bawah pengaruh gerakan ke depan. Secara khusus, mengambil roda dari tanah dan mengangkatnya menyebabkan koper bergulir ke samping. Dalam hal ini, roda berguling tanpa tergelincir, dan sumbu kemiringan koper dari pegangan ke roda bergulir tidak tegak lurus terhadap sumbu rotasi roda. Gangguan ini mempengaruhi amplitudo ayunan koper, yang memudar atau meningkat seiring waktu. Dalam keadaan yang tidak stabil seperti itu, koper akhirnya membalik atau mencapai siklus batas osilasi stabil, tulis para penulis karya ilmiah itu.
Menariknya, ketidakstabilan muncul hanya untuk rentang tertentu dari parameter geometris dan hanya di luar kecepatan mengemudi kritis. Para peneliti melakukan serangkaian percobaan pada model kecil koper, setelah mempelajari pengaruh geometri dan kecepatannya pada gaya ayun - dan menyusun diagram bifurkasi yang sesuai. Mereka menemukan, khususnya, bahwa lebih mudah untuk menyeimbangkan koper pada kecepatan bergulir yang lebih rendah daripada pada yang lebih tinggi. Ini sebagian bertentangan dengan kesimpulan para ahli teori sebelumnya, yang menunjuk pada kecepatan koper yang tinggi sebagai kondisi yang diperlukan untuk ketidakstabilan.
Dengan demikian, semakin tinggi kecepatan bergulir, semakin kecil kemungkinan bahwa koper akan kehilangan stabilitas dan berguling. Fisikawan menjelaskan bahwa ini terjadi karena energi gerak translasi di sepanjang jalan lurus menyebabkan koper lebih mengarah ke samping, daripada bersandar, mengurangi kemungkinan membalikkan.
Para ilmuwan memberikan saran praktis kepada para pelancong yang dihadapkan dengan pendulum yang bergoyang-goyang dari sebuah koper. Dalam situasi ini, Anda tidak perlu memperlambat, tetapi - mengambil langkah dan mempercepat sebanyak mungkin. "Kita perlu mempercepat daripada memperlambat untuk melunakkan amplitudo osilasi," tulis para penulis karya ilmiah, tetapi mereka segera menambahkan dengan nada putus asa: "Traktor koper yang tidak berpengalaman tidak akan bereaksi dengan cara ini."
Cara alternatif untuk mentransfer energi dari gerakan bergoyang ke lateral adalah dengan mengurangi sudut kemiringan ke arah horizontal, yaitu, menurunkan pegangan yang dapat ditarik.
Artikel ini
diterbitkan pada 21 Juni 2017 di jurnal
Proceedings of Royal Society (doi: 10.1098 / rspa.2017.0076).