Физика, почему велосипед не падает
В случае если задавать вопрос из-за чего велосипед не падает? всем подряд, то большая часть, вероятнее, не смогут ответить на него. Легко пожмут плечами. Меньшинство, вычисляющая себя технически грамотными людьми, ответит, что это, возможно, из-за результата гироскопа. И, предположительно, будут поражены, выяснив, что гироскоп не имеет к этому никакого отношения, это продемонстрировал опыт в котором нивелировали данный эффект, а велосипед ехал .
И только незначительное меньшинство ответит верно. Итак, из-за чего не падают велосипедисты?
Велосипед не падает из-за центробежной силы
Для сохранения равновесия любого тела нужно, дабы перпендикуляр, опущенный из центра его тяжести, не выходил за площадь опоры. Чем меньше последняя, тем менее устойчиво положение.
Площадь опоры велосипеда предельно мелка – по сути, она является прямойлинию, совершённую между точками касания колесами почвы. Исходя из этого велосипед (с велосипедистом либо без него) неимеетвозможности находиться, пребывав в неподвижном положении. Но при перемещении устойчивость прекрасным образом возвращается к нему.
Из-за чего это происходит?
Все дело в центробежной силе, которая появляется при подруливании. В случае если движущийся велосипед начинает наклоняться в какую-нибудь сторону, велосипедист легко поворачивает руль в сторону наклона, заставляя машину поворачиваться. Наряду с этим появляется центробежная сила, направленная в сторону, противоположную наклону. Она-то и возвращает велосипед в вертикальное положение.
Двухколесный велосипед не может ехать строго по прямой. В случае если его руль зафиксировать в неподвижном положении, он в обязательном порядке упадет, по причине того, что исключается возможность подруливания.
Данный процесс – отклонение от вертикали и возвращение к ней – происходит непрерывно. Велосипедист кроме того не вспоминает о том, что происходит. Его руки машинально совершают подруливание, которое нужно для сохранения вертикального положение.
К слову сообщить, как раз в приобретении автоматизма подруливания и состоит обучение езды на велосипеде.
поддержание равновесия и Конструкция велосипеда
Конструкция рулевой колонки и передней вилки велосипеда облегчает автоматическое поддержание равновесия. Ось рулевой колонки (передней вилки) проходит не вертикально, а наклонно к почва. Точка ее пересечения с грунтом находится в первых рядах того места, где переднее колесо соприкасается с дорогой.
Такая схема содействует тому, что в случае если переднее колесо случайно отклоняется от среднего положения, сходу появляется момент реактивных сил, что возвращает его на место.
При наклоне велосипеда реакция опоры переднего колеса, которая приложена в точке его касания с почвой и направлена вверх, машинально поворачивает колесо в сторону наклона. Появляется центробежная сила и велосипед возвращается в вертикальное положение.
Для лучшего понимания этого процесса, необходимо просто учесть, что схема сил, действующих на переднее колесо велосипеда, есть приблизительно такой же, как и у тележек с вращающимися колесами. В какую сторону тележку не толкать, колеса машинально поворачиваются в нужном направлении. Кстати, эта особенность конструкции велосипеда снабжает возможность езды, не держась руками за руль. Велосипед самостоятельно поддерживает равновесие.
А дабы выполнить поворот, достаточно сместить центр тяжести собственного тела в сторону.
Степень свойства конкретного велосипеда поддерживать динамическое равновесие определяется конструкцией его рулевой вилки и колонки. Основной параметр тут – расстояние от точки соприкосновения переднего колеса с почвой, до точки пересечения оси рулевой колонки (передней вилки) с грунтом. Как уже говорилось, последняя находится впереди первой. Реактивный момент, действующий на колесо при его повороте, будет тем выше, чем больше это расстояние.
Для оптимальных динамических черт велосипеда требуется не самый большой, а строго определенный реактивный момент. Через чур небольшой уменьшит автоматическое поддержание равновесия, чрезмерно большой – приведет к происхождению «шимми». Исходя из этого наклон оси рулевой параметры и колонки передней вилки при проектировании велосипеда выбираются весьма шепетильно.
Что такое «шимми»
При высокой скорости (выше 30 км/час) переднее колесо велосипеда может начать самопроизвольно вилять вправо-влево. Это явление, которое, кстати, имеет место и в авиации, именуется «speed wobbles» либо «шимми». Обстоятельство его содержится не в неисправности велосипеда (нехорошей сборке либо ослаблении креплений), а в том, что появляется резонанс переднего колеса. «Шимми» весьма страшно в том случае, в то время, когда велосипедист едет «без рук», другими словами не держится за руль.
Дабы погасить появившийся резонанс, необходимо снизить скорость либо поменять позу.
Велосипед – энергоэффективней
По затратам энергии на единицу преодоленного расстояния велосипед действеннее не только ходьбы, но и езды на автомобиле. При перемещении велосипеда со скоростью 30 км/час тратится 15 ккал на 1 км. Ходьба со скоростью 5 км/час ведет к сжиганию 60 ккал на 1 км.
Другими словами по энергозатратам на единицу расстояния перемещение на велосипеде в 4 раза действеннее ходьбы.
… и функциональней
В случае если разглядывать езду на велосипеде с позиций спортивной нагрузки, то она также выясняется предпочтительней ходьбы. Катание на велосипеде отнимает 450 ккал в час, тогда как при ходьбе тратится лишь 300 ккал. Само собой разумеется, физическую нагрузку возможно расширить, перейдя с шага на бег.
Но в этом случае возрастает нагрузка на голеностопные суставы и колени, что нежелательно, потому, что со временем может привести к травме этих проблемных мест.
В то время, когда дамы стремительнее
Тренированный мужчина, кроме того не будучи опытным спортсменом, может долгое время развивать мощность 250 Вт либо 0,33 л. с. При езде на велосипеде по ровной дороге это приблизительно соответствует скорости 30 км/час. Дамы не смогут развивать таковой мощности, как мужчины, но в расчете на единицу веса их энергетические показатели превосходят мужские. При езде по ровной дороге, в то время, когда вся мощность тратится по большей части на преодоление сопротивления воздуха, дамы едут медленнее, чем мужчины.
Но при езде в гору, в то время, когда энергия тратится на преодоление силы тяжести, они способны ехать стремительнее сильной половины.
