@ 2017.07.04 , 12:30
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拉杆箱摇摆之谜得到解释

巴黎狄德罗大学-巴黎第七大学的一组研究者提出了拉杆箱(轮式行李箱)的摇摆原因。在他们发表在英国皇家学会论文集A系列的论文中,研究小组揭示了行李箱摇摆背后的物理学原理,并提供了一些克服这一问题的建议。

现在大部分人出门都会用拉杆箱,这样可以拖着走而不需要手提。虽然新方法使得拉动行李箱更为容易了,但很明显这种行李箱有一个严重的问题:摇摆。有时候当拉杆箱在被拖动的时候,会开始来回摆动,并在某些情况下,会逐渐剧烈到倾翻。

拉杆箱摇摆之谜得到解释
credit: 煎蛋画师Chon

正如这一工作中的研究者所建议的,自然反应是减慢速度。但研究者在利用行李箱模型进行实验室实验之后称,这实际上并不是最好的选择。行李箱问题也暗示了并不是所有的物理学问题都是复杂的。

为了更多地了解轮式行李箱发生了什么,研究者将一个行李箱模型放在一个跑步机上,观察会发生什么。他们发现当其中一个轮子遇到小型的突起等障碍物时,就会跳起来然后撞回地面。第二个动作会导致另一个轮子也离开地面,随后撞回地面,从而导致最开始那个轮子又蹦起来,如此循环。研究者发现,当行李箱被拉着前进时,这种震荡会不断累积增大,最终导致倾翻。研究小组发现会发生这种事情是因为轮子是在一个固定轴上的,而且还有人为拉动施加的力。

研究者还发现减慢这种振荡的最好方法是增大行李箱被拉动的速度,这就缩短了每个轮子起起落落的时间,阻止了振荡变得更为剧烈。降低行李箱的角度也有帮助,也就是令行李箱的把手更接近地面一些,不过同时施加两种补救方法似乎需要一定程度的身体素质。

论文原文:DOI: 10.1098/rspa.2017.0076

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。Bob Yirka


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TOTAL COMMENTS: 41+1

  1. 3499002

    所以 结论就是需要拉快点?

    [43] XX [1] 回复 [0]
  2. 刀拔斋
    @2 months ago
    3499003

    这特么就是你拉着别人的箱子在出站口飞奔的原因?

    [79] XX [0] 回复 [0]
  3. 犇犇c
    @2 months ago
    3499004

    为什么我没遇到过 一定是个假箱子

  4. 3499006

    干嘛?你想插队呀!?
    – 不是,我想缩短箱体摆动周期,从而降低振幅,避免…
    行了行了行了,插个队还搞这么科学

    [52] XX [1] 回复 [0]
  5. 下节课
    @2 months ago
    3499007

    我觉得我好像从来没碰到过这种情况。。。

  6. 摸金校尉
    @2 months ago
    3499010

    一般不是应该提起来一下吗

    [22] XX [1] 回复 [0]
  7. 马赛克
    @2 months ago
    3499011

    如果加个悬挂会怎样?

    [33] XX [0] 回复 [0]
  8. o啊熊o
    @2 months ago
    3499014

    这回牛顿的棺材板稳稳的

    [12] XX [1] 回复 [0]
  9. 幕后煮屎者
    @2 months ago
    3499021

    经常遇到,与箱子重量也有关吧。

  10. 一月的路人甲
    @2 months ago
    3499022

    现在都主要是那种竖着推的了吧?

  11. 3499042

    @一月的路人甲: 能托运的最大尺寸箱子几乎没有四个轮的,四个轮太占空间。

  12. 3499043

    大学时候我们宿舍有个很不守时的妹子,她每次到火车站都是检票快结束那种。用她的话来说:“我的拉杆箱轮子从来没碰到过站台的地面,都是飞起来的。”

    [18] XX [2] 回复 [0]
  13. 3499052

    加个减震弹簧不就得了

  14. 3499058

    这个原理让我想起了摩托车出弯给油加速拉直车身,其实并非是速度快才回来来回晃动,而是通过瞬间的加速,使受力方向向水平方向转移,使得垂直方向受力变少。

  15. 秋实大大
    @2 months ago
    3499062

    我选择站住重新拉

  16. 3499063

    其实就是利用加速度转移了物体重心

  17. 3499064

    很像飞机的颤振发散 应该从这个角度入手

  18. 北极的大白
    @2 months ago
    3499073

    ——我拖行李箱都会侧翻呀!
    ——哇!你好高耶!

  19. 二硫碘化钾
    @2 months ago
    3499074

    “研究者还发现减慢这种振荡的最好方法是增大行李箱被拉动的速度,这就缩短了每个轮子起起落落的时间,阻止了振荡变得更为剧烈。”这就是科学家的思维方式,只要不超过光速,忽略任何阻力,路面无限长并且人步行速度无线快,在经典力学的应用范围内这种解决方法就是可行的,可但凡稍有常识的人都能看出拉杆箱摇摆是应该降低速度停下来,平稳后在拉。这就是为什么学机械的毕业后基本都当销售去了。

  20. 茶苯海明
    @2 months ago
    3499084

    又是一个骗经费的。转向轮受到地面干扰发生摆振是普遍现象,自行车、摩托车、汽车都有。称之为“前轮摆振”。自行车和摩托车解决这一问题的方法是主销后倾,利用离心自动回正。汽车的解决方法是主销内倾,利用重力回正。提高速度只能使地面干扰加剧,就象骑自行车,速度越快,车把越振颤。他们这个研究结果,估计能把汽车系统动力学的工程师气死。

  21. DavidChiang
    @2 months ago
    3499090

    结论就是箱子需要换独立悬挂

  22. 3499096

    @茶苯海明: 你们到底是谁错了? 上次一个摩托车前轮抖动的GIF,有人说要加速减轻前轮压地力,和你的解决方法刚好相反。 这次嘛,这次不是左右摆动。。。

  23. 3499105

    @茶苯海明: 应该不是同一个问题。

  24. 3499113

    所以 应该上多连杆独立悬挂么?

  25. liangbian
    @2 months ago
    3499120

    拉杆箱是被动轮,侧摆时共振模式占全部贡献,如果地面的坑洼度恒定,那么左右两个轮子的轮流弹起悬空频率 f 就完全被拉行速度 v 决定。
    当 v 恰好使得 f 最吻合箱体的横向摆振频率 F 时,各轮子的每次坠地冲坡产生的横摆力,都会以吻合 F 的时机促进横摆,把振幅 A 很顺手牵羊地逐次加大,直到箱体侧倾过大发生翻倒。而把 v 改为更小或更大,使得 f 随之变得更低或高,都会偏离 F ,轮子坠地冲坡的横摆力不能在共振时机进行顺势促进横摆,反而由于逆势干扰抵抗原有横摆运动,造成振幅 A 次次受到抑制性调整,自然更难达到过度侧倾的翻倒必须水平,就不会仆街了。
    所以这种运动可以靠变速来躲开利于共振的那个值点,让横摆幅度保持小于必仆的值点,在安全范围内像鸭子跑步一样扭摆着拉走。
    这研究的结果其实就是以上,没什么大毛病。

  26. 3499127

    下面两个轮子间距加大就可完美解决。

  27. 3499134

    这个规律我拖箱子的时候发现过

  28. 3499140

    因为不是独立悬挂

  29. 一个开个
    @2 months ago
    3499142

    这个研究绝对是假的,我前几个月正好遇到过,如果拉快了,几乎会翻

  30. liangbian
    @2 months ago
    3499148

    主动轮的情况,说个目击的实案。
    一次,我们乘车旅行,行到一个不算太陡的坡前被阻塞了,因为前面刚发生翻车。那是一辆专车,拉着满满一厢砖头的方拖车,以冲坡姿势侧躺在路面偏左,砖头倾洒覆盖着路面偏右,获得了彻底堵死交通的成就。
    上前参加吃瓜,得知专车司机莫名其妙,说这坡冲着冲着,车头就不懂咋回事自己摆动起来,越摆越大如同跳舞,最后把车厢也带翻了,怪啊。
    怪个鸟,车躺在按照交规应该靠右行驶的路段的左边,那司机就肯定是想玩单车冲陡坡的游戏,走个之字路线降低实际行驶坡度,让重车得以通过。但这游戏早就因为危险而被交规禁止过,尤其是主动轮设计在前边的重载拖拉机,绝对禁止之字路线冲坡,只许平行于坡路直直地硬刚上去,连这条令都不知道,有个狗屁资格做机动车司机。
    道理很简单,两个主动轮前置的机动车,在坡路玩之字斜冲会使得各轮的负重水平显著不同,而摩擦力,是受摩擦系数以及接触压力决定的,即使摩擦系数恒定(实际上几乎不会不变),压力的显著不同也够引起拉力的显著不同,某个轮子更有力地一拉,车头自然朝着对面那个轮子的方向一扭,头体倾斜,把大力之轮翘向天空,同时把对面轮子压向地狱。
    那就自然把各轮的压地力差异给调反了,下一幕由对面轮子来大力一拉,车头逆向一扭回去….
    只要还有动力输出,两个主动轮将会轮番大力反扭车头,不一定要靠吻合共振频率,而也可以改靠摩擦扭力的大小,把车头越扭越狠倾,从而加大各轮压地力的差异而加大扭力,把车头强迫振动式扭翻仆街,像大力士摔倒庞然大牛一样。

  31. starving
    @2 months ago
    3499159

    与我肉身实践经验相同,发现摆动时马上降低把手并顺势往前加速拉动可迅速稳定行李箱。

  32. 3499191

    不懂你们遇到的是什么问题,没碰到过这种情况。不过,这种情况我建议给四个轮子都装独立悬挂比较好,嗯嗯。

  33. 3499213

    立着推或者在身前推吧,要是又想快又不想翻。

  34. 3499525

    @a:
    应该不是一个问题 摩托车那个 加速修正 在gp赛里经常见到 在曼岛TT里更是常见 拉杆箱不懂 我遇到箱子要翻 立马提起来腾空修正 哈哈

  35. 打底衫
    @2 months ago
    3499735

    不就是共振导致的么?解决办法就是加速或者减速,变化振动频率就行了。这还需要解释?

  36. The0Game
    @2 months ago
    3499754

    早些年帮我同学搬家 就是提箱子 那一路走的我真是很醉。这文章早点放出来当年也卜至于那么累

  37. 3500072

    最简单的解决方法不就是改变力臂么?就是轮子放在两边一点就好啊,轮子放的那么近当然会摇摆。

  38. 3500074

    最简单的解决方法不就是改变力臂么?就是轮子放在两边一点就好啊,轮子放的那么近当然会摇摆。

  39. 3500076

    最简单的解决方法不就是改变力臂么?就是轮子放在两边一点就好啊,轮子放的那么近当然会摇摆。

  40. 3501422

    独轮车

  41. 逗呢?
    @2 months ago
    3501769

    现在都是万向轮了啊。。。推着走

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