لماذا يصمم المهندسون الطرق بشكل مائل ..إليك السر

لماذا يصمم المهندسون الطرق بشكل مائل ..إليك السر من المهندسين

للطرق هندسة وفرع خاص يدرس بالجامعة تحت جناح الهندسة المدنية, حيث تعتبر هندسة الطرق واحدة من أشهر أنواع الهندسة.

كما أن لها أهمية كبرى تتمثل في تنظيم وتخطيط الطرق بطريقة سليمة، مما يعمل بالتبعية على حفظ أمن وسلامة المواطنين، وإضافة لذلك يضمن تحقيق أعلى مستوى من الراحة والسرعة لقائدي المركبات والمشاة أيضًا.

تصميم الشوارع والطرقات هي عصارة خبرات ودراسات كثيفة تعتمد على قوانين فيزيائية دقيقة لتعطي تصاميم هدفها الأول والأخير ضمان السلامة وتقليل الحوادث قدر الإمكان.

تنقسمُ الطرق بشكلٍ رئيسي إلى قسمين رئيسيين:

طرقٌ مستقيمة.

طرق غير مستقيمة (منعطفة).

ولقد لاحظتم أنّ المنعطفات تكون مائلة بعض الشّيء!!

فهل تساءلتم لماذا تصممُ الطرق بهذه الطّريقة؟ وهل يعدّ هذا التّصميم آمن؟

لكي نجيبَ عن هذه التّساؤلات، سنقومُ في البداية بتحليل جميع القوى المؤثرة على السّيارة خلال سيرها في منعطف غير مائل وفي منعطف مائل، وسنحددُ السّرعة الّتي يجبُ أن تسيرَ بها حتى تبقى ثابتة على الطّريق.

الحالةُ الأوّلى: منعطفٌ غير مائل:

كما هو موضح في الشّكل، تؤثرُ على السّيارة خلال سيرها في منعطف4 قوى:

الوزن (P).

قوة الطّرد المركزيّ (Fc).

قوة الجذب المركزيّ (Ft).

وقوة رد فعل الطّريق (N).

ولكي تحافظَ السّيارة على سيرها في المسار الدّائريّ وعدم خروجها منه؛ يجبُ أن يكونَ قوة الطّرد المركزيّ ≤ قوة الجذب المركزيّ، أيّ:

حيث أنّ: (Ft) هي معامل الاحتكاك، (r) نصف قطر المنعطف.

وبالتّالي، تكونُ السّرعة اللازمة كي تبقى السّيارة في المسار الصّحيح, فإذا قمنا بتجاوز هذه السّرعة، فإن السّيارة ستخرجُ عن مسارها.

الحالةُ الثّانية: منعطفٌ مائل:

لنعتبر أن السّيارة تسيرُ على منعطف مائل بزاوية معينة، كما هو موضح في الشكل:

كيف سيكونُ تأثير الزّاوية على القوى المؤثرة على السّيارة وبالتّالي على السّيارة نفسها؟

إذا اعتبرنا أنّ المستوى الدّيكارتي يرتكزُ على السّطح المائل، أي أنّ محور ((X موازي للسطح المائل ومحور (y) عمودي عليه.

فإذا قمنا بتحليل القوى، سنجدُ أنّ قوة الوزن سيكون لها مركبة أفقيّة ومركبة عموديّة، وكذلك الأمر بالنسبة لقوة الطّرد المركزيّ.

في هذه الحالة، حتّى تبقى السّيارة في مسارها الصّحيح يجبُ أن تكونَ قوة الجذب المركزيّ والمركبة الأفقيّة لقوة الوزن أكبر من المركبة الأفقيّة لقوة الطّرد المركزيّ، أيّ:

وبتطبيق قوانين الحركة يمكننا التّوصل إلى:

وتكون السّرعة اللازمة لبقاء السّيارة في مسارها الدّائري:

إنّ ميلان المنعطف المتمثل بظل الزّاوية يساعدُ السّيارة على البقاء في مسارها عند سرعة معينة حتّى مع غياب قوة الاحتكاك ، وهذا الأمر يكون غير متوفر في الحالة الأوّلى..

كما أنّ ميلان المنعطف يساعدُ على السّير بسرعة أكبر كما هو موضح في المعادلة.

يمكن تلخيص النّتائج:

وزن السّيارة لا يؤثرُ على السّرعة في الحالتين (غياب الوزن في المعادلتين).

ميلان المنعطف يساعدُ السّيارة على البقاء في مسارها حتّى عندما يقلّ معامل الاحتكاك (كما هو الحال عندما تمطرُ)، وهذا الأمر غير موجود في حالة عدم ميلان المنعطف.

إنّ ميلانَ المنعطف يسمحُ بالسير بسرعة أكبر عند المنعطف مقارنة بالحالة الأوّلى (منعطف غير مائل).

ختاماً

إنّ الشّوارعَ والسّيارات هي ابتكاراتٌ هندسيّة، وأنّ المهندسون يقومون بهذه الابتكارات للحفاظ على حياتك ولتّقليل من الحوادث قدر الإمكان..

لذلك.. التزم بالسّرعة المسموح بها دوماً ولا تتجاوزها، فالّذي حددَ هذه السّرعة هو مهندسٌ يخافُ على حياتك وحياة عائلتك..

المصدر: أنا مهندس