Защо велосипедът не пада при каране – основните причини

В края на XIX век, когато велосипедите започват да се използват, за тях трябва да се вземе лиценз. Съставен е авторитетен комитет за преподаване на теорията и практиката на шофиране и за издаване на регистрационни табели. Никой не е имал право да предаде автомобила. Причината за предпазливостта се обяснява с повишения риск при управление на двуколесно превозно средство. Обикновеният човек не може да разбере защо един велосипед не се преобръща, когато се движи. Учудващо е, че дори физиците, които изучават работата на колесните системи, не могат да отговорят еднозначно на този прост въпрос.

Теоретичният анализ и физичните експерименти показват, че жироскопичният импулс и положителният ход на вилката не са достатъчни за стабилността на велосипеда. В допълнение към контролираното управление има и автоматично управление. Освен това разпределението на натоварването играе ключова роля за поддържане на баланса. Както можете да видите, с доста дългия живот на мотора все още се откриват и усъвършенстват нови качества.

Защо велосипедът не се преобръща при каране

За да се обясни лесната задача, често се използва метафора: „това е толкова елементарно, колкото да караш колело“. Всъщност трябва да пазите транспортните средства от падане. Първоначално се смяташе, че велосипедът се движи за сметка на велосипедиста. Човекът усеща наклона на конструкцията, завърта леко кормилото по посока на падането и изравнява возилото. Но при висока скорост велосипедът придобива стабилност и не пада, дори когато кормилото се отпусне. По-късно се появяват хипотези за жироскопичното действие на предното колело и управлението. Но се оказа, че велосипедите без водач и роботите също не падат.

Основният въпрос относно причината за стабилността е: какво обуславя подходящата връзка между наклон и завой? Съществува общоприето мнение, че ефектът се проявява като следствие от въртящия (жироскопичен) момент и положителното въздействие на вилката. Стабилизиращото действие на предното колело и центробежната сила, причинена от отклонението на движението от правата линия, са необходими фактори за баланса на велосипеда.

От физическа гледна точка

Учените са установили модела, който поддържа стабилността на двуколесните превозни средства. Предната вилка заема централно място. Устройството включва наклоняване на оста на кормилото спрямо земята. Точката на пресичане се намира пред линията на съприкосновение на колелото на велосипеда с пътя. Ако ъгълът на кормилото се отклони от зададената стойност, се генерира сила на реакция, която връща транспортьора в изходно положение. Така самият велосипед помага за поддържането на баланса.

За да направи завой, ездачът трябва да промени центъра на тежестта си. Например, когато мотоциклетът е наклонен надясно, предният мост също е наклонен надясно и колелото, въртящо се по посока на часовниковата стрелка (гледано отдолу), частично предава реактивния въртящ момент на кормилното управление. Центробежната сила се стреми да завърти волана надясно. За да направи завоя, велосипедистът се накланя наляво, като отклонява велосипеда и колелата надясно.

Вторият фактор, който се използва за стабилността на автомобила, е увеличаването на скоростта при намаляване на скоростта и завиване. Стабилизиращото действие връща колелата в правилната позиция и предпазва велосипеда от преобръщане. Опитният велосипедист използва ръцете си върху монтажните точки, за да насочи колелото на 2-3 мм навътре в пътя.

Жироскопичен ефект

Теорията за баланса се основава на добре познато физично явление, използвано в космоса, авиацията и морската навигация. Свойството на въртящ се обект да запазва посоката си на движение се нарича жироскопична сила. Действието се наблюдава при каране на велосипед под наклон. Докато колелата се въртят, автомобилът запазва равновесие и никога не се преобръща. Например един юлски или детски хеликоптер „работи“ само когато се върти. За да проверят тази хипотеза, физиците създават специален дизайн на велосипед. В предната част беше монтирано допълнително колело, което не докосваше земята и се въртеше в обратна посока. Резултатът от експеримента изненадва учените. Моторът се движеше перфектно и не падаше без жироскоп.

Така, след като потвърдиха основните фактори, които влияят върху стабилността на двуколесното превозно средство в движение, учените продължават да обсъждат нови версии.

Интересни факти

В.А. Якубович

1. Математическата теория, обясняваща стабилността на велосипед в движение, е представена от доктора на науките В. А. Якубович. Ученият обяснява защо досега не е създаден автономен робот, който да управлява велосипед. Информацията за механичните велосипедисти, която се разпространява в интернет, се оказва фалшива. При по-внимателно вглеждане в кибернетичката се откриха редица трикове. Изобретателите прикрепят тежести, за да увеличат стабилността на конструкцията, понижават центъра на тежестта и ускоряват велосипеда до високи скорости.

Противниците на учените доказват обратното. Роботът се учи много бързо. Това се дължи на относителната простота на задачите: трябва само да се научите да пазите равновесие. Той има способност, която хората нямат: реагира мигновено и „дръпва“ колелото 5 пъти в секунда.

2. Велосипед без водач може автоматично да се управлява сам, за да не се преобърне“, твърдят американските учени. Благодарение на изчисленията на линейната стабилност изследователите са проектирали велосипед с допълнителни колела, въртящи се в обратна посока, и отрицателна позиция на кормилото.
3. Мнението се различава от хипотезите на физиците. Източниците на енергия на велосипеда са в главата на водача. Човешкият мозък работи усилено, за да ни предпази от падане. Подсъзнанието е това, което държи равновесието на велосипедиста.

Заключение

Доказателствата потвърждават значението на жироскопа и колелцата за поддържане на стабилността на велосипеда по време на каране. Но няма ясно обяснение защо един велосипед не се преобръща, когато го карате. Възможно е да съществува допълнителна сила, чието разбиране временно надхвърля сегашните познания.