The rolling suitcase instability: a coupling between translation and rotation

滑倒 不稳定性 物理 消散 联轴节(管道) 旋转(数学) 缩放比例 经典力学 摄动(天文学) 耗散系统 机械 翻译(生物学) 数学 结构工程 工程类 几何学 机械工程 量子力学 信使核糖核酸 基因 化学 生物化学
作者
Giulio Facchini,Ken Sekimoto,Sylvain Courrech du Pont
出处
期刊:Proceedings of The Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences [Royal Society]
卷期号:473 (2202): 20170076-20170076 被引量:9
标识
DOI:10.1098/rspa.2017.0076
摘要

A two-wheel suitcase or trolley can exhibit undamped rocking oscillations from one wheel to the other when pulled fast enough. We study this instability both experimentally—with a toy model of a suitcase rolling on a treadmill—and theoretically. The suitcase oscillates only if a finite perturbation is applied. This is because intrinsic dissipation occurs when the supporting wheel switches. When unstable, the suitcase either increasingly rocks until overturning or reaches a stable limit cycle. The friction force at the rolling wheels constrains wheels to roll without slipping. This constraint imposes a coupling between the translational motion and the three-dimensional rotational motion of the suitcase that drives the rocking instability. The same behaviours are observed in the experiments and in the simulations. The asymptotic scaling laws we observe in the simulations are explained by means of a simplified model where the coupling force is explicit.
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