Почему велосипед не падает?
И ученые, и все другие считают, что им ясно, из-за чего конструкция велосипеда разрешает ему сохранять хорошую устойчивость. Но нехитрый опыт опровергает стандартные теории.
Считается, что в сохранении баланса велосипеда наиболее значимую роль играются два механизма. Первый — автоматическое подруливание: в случае если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается В том же направлении; начинает поворачивать целый велосипед, и центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Оно кроме этого возвращается и при езде по прямой, по окончании случайного отклонения в сторону.
Такое подруливание связано с конструкцией передней вилки, оси вращения руля: в случае если в мыслях продолжить ее вниз, то она пересечется с поверхностью почвы перед точкой, в которой ее касается само колесо — между ними появляется угол (кастор), оказывающий стабилизирующий эффект и при происхождении направленных в сторону сил колесо пытается возвратиться в исходное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колес.
Все достаточно легко — но американский инженер Энди Руина (Andy Ruina) с сотрудниками взялись опровергнуть оба утверждения. Они сконструировали велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. В отличие от всех «настоящих» велосипедов, у этого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» воздействие кастора.
А помимо этого, и переднее, и заднее колеса связаны с двумя вторыми, вращающимися в обратную сторону и тем самым обнуляющими гироскопический эффект.
Само собой разумеется, снаружи вся эта машинка напоминает скорее какой-нибудь кастом-байк (просматривайте о них: «Не торопясь«) либо кроме того самокат, а не классический велосипед: колеса мелкие, седла нет… Но однако, конструкционно это, все-таки, велосипед, с которым возможно экспериментировать. Забрать и подтолкнуть — и взглянуть, как скоро он упадет на бок! Как ни страно — не так уж и скоро; по сути, равновесие он держит не хуже простого велосипеда, он кроме того демонстрирует то же автоматическое подруливание.
По итогам опыта авторы делают однозначный вывод: оба кастора — и эффекта, и гироскопа — занимают важное место в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба они не являются критически ответственными для него. Увидим, что конструкции велосипедов без гироскопического момента уже тестировались ранее, но опровержение ответственной роли кастора в сохранении баланса велосипеда проделано в первый раз, и очень наглядно.
Так отчего же велосипед не падает? По всей видимости, важную роль в этом играется особенное распределение нагрузки: центр массы в передней части расположен значительно ниже, чем в задней. В следствии переднее колесо заваливается стремительнее заднего, а потому, что они жестко связаны по вертикальной оси, переднее колесо вместо того, дабы набок, разворачивается в ту же сторону, выправляя положение велосипеда.
