Engineering
Ruota panoramica
Fai sedere i passeggeri, avvia la ruota e falle fare un giro completo. Carica un solo lato, indebolisci l’azionamento, lascia soffiare il vento o fermala di colpo, e guarda le cabine oscillare sui loro perni mentre l’azionamento lavora contro il peso squilibrato.
Cosa succede
Sei cabine aperte sono appese a perni disposti su una circonferenza di 10 m di raggio, su una corona con momento d’inerzia di 1000 t·m², che due ruote motrici gommate fanno girare sotto il controllo di un regolatore di velocità con limite di coppia. Ogni cabina è un pendolo fisico di 500 kg con il baricentro 1,6 m sotto il perno; i passeggeri, da 75 kg ciascuno, siedono 1,9 m sotto il perno. Solo la gravità tiene una cabina in piano. La corona e le sei cabine formano un unico sistema a sette gradi di libertà, risolto a ogni passo insieme alle forze nei perni. I carichi squilibrati chiedono coppia all’azionamento in una metà del giro e gliela restituiscono nell’altra; il vento spinge ogni cabina con la sua resistenza aerodinamica; gli smorzatori dei perni agiscono sull’oscillazione relativa alla corona; un arresto di emergenza stacca l’azionamento e blocca la corona con un freno.
Una cabina con quattro passeggeri, di 800 kg e con il baricentro 1,71 m sotto il perno, oscilla con un periodo di 2,85 s. Un vento di 15 m/s la spinge con 953 N e la tiene inclinata di 6,9° rispetto alla verticale; una cabina vuota di 11,0°, una piena di 5,8°. Con la ruota che gira a esattamente 1 giro/min e carichi uniformi, le cabine continuano a oscillare di 1,5°. Con l’azionamento spento e una sola cabina piena a ore tre, la ruota libera gira di 84° in 10 s.
Modello: una corona rigida su un asse fisso e cabine rigide su perni senza attrito con smorzatori lineari; resistenza aerodinamica quadratica su ogni cabina in base alla sua velocità rispetto all’aria; l’azionamento è un regolatore PI della velocità con limite di coppia; nessuna flessione della struttura. RK4 con passo di 1/120 s; il bilancio energetico quadra con il lavoro dell’azionamento e del vento.
Da provare
Avvia la ruota e lasciale fare un giro completo; carica un solo lato e guarda la coppia dell’azionamento cambiare segno. Lascia soffiare il vento, riduci lo smorzamento dei perni o premi l’arresto di emergenza, e guarda le cabine oscillare.
Equazioni del modulo
Equazioni q = (φ, θ₁ … θ₆), ψ_i = φ + 60°·i T = ½J·φ'² + Σ ½m·(R²φ'² + l²θ'² + 2Rl·φ'θ'·sin(θ − ψ)) + ½I·θ'² V = Σ m·g·(R·sin ψ − l·cos θ) F_wind = ½ρ·C_d·A·|v_rel|·v_rel
