Súrlódó közegben növekvő, rugalmas rúd alakjának kísérleti vizsgálata
Sipos András és Várkonyi Péter közös munkájukban egyik végén növekedő, rugalmas rúd súrlódó közegben kialakuló alakját vizsgálják. A síkbeli, kezdetben egyenes, egyik végén befogott, a másik végén szabadon elmozduló rúd a befogott vége felől egyre hosszabbá válik. Az idő előrehaladtával a rúd instabillá válik a növekvő súrlódás hatására, meggörbül, alakja gyakran fekvő 8-ashoz hasonló lesz, miközben a rúd két végpontja közötti távolság egy véges értékhez közelít. A jelenség matematikai modelljének leírása mellett számítógépes algoritmust készítettek, amellyel a rúd alakjának időbeni fejlődése vizualizálható.
Dolgozatom célja ezen munka elméleti eredményeinek összehasonlítása fizikai kísérletekkel. Két, egymástól rögzített távolságra lévő plexilap közé a végén befogott, rugalmas, körgyűrű keresztmetszetű kábeleket vezettem be. A súrlódás mértékét a plexilapok leterhelésének változtatásával befolyásoltam, ezen felül különböző anyagú és vastagságú rudakkal, kábelekkel végeztem kísérleteket. Ezek után kiválasztottam a legmegfelelőbb kábelt, annak anyagtulajdonságit (rugalmassági modulus) és a Coulomb-féle súrlódási tényezőt laborkísérletekkel határoztam meg. A kábeleket addig toltam a lapok közé, amíg a rúd alakja a fekvő 8-ashoz hasonló zárt alakot el nem érte. A létrejövő alakokat a plexi lapokra merőleges irányból lefotóztam, majd egy görbefelismerő szoftverrel meghatároztam a görbék egyes pontjainak a koordinátáit. A kísérleti eredményeket a számítógépes modellel számított alakokkal vetettem össze. Az összehasonlítás azt mutatja, hogy ideális kísérleti körülmények között, valamint a modellszámítások során megfelelő paraméterek választásával, az elméleti és a kísérleti eredmények jó egyezést mutatnak.
A vizsgálataim jelentőségét az adja, hogy hasonló stabilitásvesztés játszódhat le a növények gyökereinek növekedésekor, illetve karcsú robotmanipulátorok működése során.
szerző
-
Horváth Marcell Gergely
Építészmérnöki mesterképzési szak osztatlan
egységes, osztatlan képzés
