Почему едет велосипед - Infinity-Terra.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Почему едет велосипед

Блог им. mike — Почему велосипед не падает?

Один мой товарищ, серфя интернет наткнулся на сайт с вечными вопросами, наподобие, почему лед скользкий. Там же была министатья со ссылкой на оригинальное исследование, почему же велосипед едет. Оказывается, большие дяди от науки, отвлекаясь от элементарных частиц и от священной нанофизики, уделяют время и этому вопросу. Они создали модель велосипеда свободную от двух самых больших «помощников» велосипедиста: гироскопического эффекта и наклона вилки переднего колеса (кастора)… и даже эта модель оказалась стабильна!

Что такое устойчивость и зачем она нужна?

Велосипедист на покоящемся велосипеде изначально находится в состоянии неустойчивого равновесия. Любое возмущение приведет к выходу из неустойчивого равновесия – в нашем случае на землю, где он будет пребывать, сколько захочет. Внизу примеры неустойчивого и устойчивого равновесий.

Но все меняется, когда велосипед едет. В этом случае, если велосипед захочет упасть, его переднее колесо поворачивается так, чтобы восстановить вертикальное положение. Причем, это возвращение заложено в саму физику велосипеда, так что райдеру, на самом деле, и делать ничего не нужно. Велосипед, разогнанный до определенной скорости (в статье приводится значение в 15-20 км/ч), может ехать в стабильном вертикальном положении и без велосипедиста.
Из-за того, что велосипед стабилен лишь в движении, но не в покое, можно сказать, что эта система устойчива динамически.

Что помогает велосипеду возвращаться в изначальное положение?

Два эффекта, вносящих наибольший вклад – это гироскопический эффект и кастор переднего колеса.

Гироскопический эффект – эффект, возникающий во вращающихся системах, обладающих определенным угловым моментом, когда пытаются изменить направление оси вращения. Сила, возникающая в таком случае, называется гироскопической силой. Гироскопический эффект нетривиально объяснить, но его легко почувствовать. Самый простой эксперимент, который каждый из вас может поставить в домашних условиях, – это взять колесо велосипеда за ось, раскрутить и попробовать помахать им в воздухе. Вы почувствуете силу. Причем, чем больше раскрутите колесо, тем больше сила. На этой же силе основана тренировка с powerball , только система там немного оптимизированнее. Когда вы наклоняете велосипед – наклоняется и ось переднего колеса, колесо за счет гироскопического эффекта поворачивает в сторону наклона.

Кастор в нашей литературе – это угол наклона оси поворота автомобиля. Там это: caste r effect , castor и т.д. Наш угол наклона рулевой – тот же кастор.

Существование кастора приводит к тому, что точка контакта переднего колеса находится за воображаемой точкой пересечения линии вилки и земли. Это приводит к так называемому «следу» или trail переднего колеса. Эффект от такой геометрии вы можете наблюдать на тележках в ашанах: колесо всегда стремится волочиться за тележкой. При стабилизации это проявляется в том, что при наклоне велосипеда переднее колесо стремится «провалиться» в сторону наклона велосипеда, тем самым, поворачивая колесо в сторону

А что если убрать эти два эффекта? J. D. G. Kooijman, J. P. Meijaard, Jim M. Papadopoulos, Andy Ruina, и A. L. Schwab собрали модель велосипеда, в которой оба эффекта отсутствуют – two- mass — skate ( TMS ).

Они сильно уменьшили след колеса и перевернули его задом наперед, уменьшили размеры колес и добавили вторичные, которые крутятся в другую сторону, чтобы исключить гироскопический эффект.

И как видно из видео, модель все еще оказывается стабильной!

А выводы достаточно размыты. Во-первых, если исключить кастор и гироскопический эффект, то силы, которые могут стабилизировать велосипед, должны возникнуть из взаимодействия колеса с поверхностью при движении. Во-вторых, хоть кастор и гироскопический эффект и не обязательны, их нельзя рассматривать изолированно, т.к. со слов авторов можно построить системы, которые при наличии только одного из эффектов окажутся нестабильными на любых доступных человеку скоростях. Т. е. для стабильности важно взаимодействие этих двух эффектов. Это значит, что нет универсальных схем для всех типов байков, что дает большой простор для производителей и маркетинга.

Ps . Когда разбирался в этой статье, наткнулся на обширную статью на EnWiki про вело- и мотодинамику, о том, какие силы влияют на движение байка, про разные эффекты, геометрии и т.д. с количеством ссылок > 50. При желании могу пересказать ее по частям сюда.

5 типичных ошибок велосипедистов

Если для вас поездки на велосипеде ограничиваются ближайшим парком, вы не можете угнаться за более быстрыми друзьями, а показатель 50 км на велокомпьютере и вовсе кажется фантастическим, то эти рекомендации точно помогут вам ехать дальше, дольше и с большим удовольствием.

1. Сидите слишком низко

Многие начинающие велолюбители и даже те, кто катается не первый год, устанавливают сиденье на такую высоту, при которой с седла можно достать до земли двумя ногами. Низкую посадку объясняют просто: «а вдруг я не успею спрыгнуть», «сяду выше — точно упаду».

При неправильной посадке идёт большая нагрузка на колени, так как при вращении педалей более сильные мышцы бёдер почти никак не задействованы. Как результат — вы быстрее устаёте, начинают болеть колени, вам тяжело держать темп и скорость.

Правильная посадка предполагает, что ваша нога распрямляется почти полностью при максимально низком положении педали.

Разумеется, в таком случае вы ногами до земли доставать не будете. Как быть, если колени жалко, а поднимать седло выше страшно? Поднимайте сиденье постепенно! Откатали полчаса — подняли на полсантиметра, еще полчаса — ещё полсантиметра вверх. Так вы постепенно придёте к правильной высоте.

Придётся научиться слезать с велосипеда по-новому. Определите, какая у вас нога толчковая. Сноубордисты и так знают, какая для них нога важнее, для остальных советуем попрыгать то на одной ноге, то на другой. Ведущая нога сильнее, на ней вы сможете прыгать дольше.

Теперь, чтобы слезть с велосипеда, вам нужно будет немного завалить его в сторону толчковой ноги. И всё — вы легко с него слезли.

2. Не переключаете передачи

Один из самых часто задаваемых вопросов про велосипед: «А сколько у твоего скоростей?» Количество скоростей зависит от количества звёзд. Например, спереди у вас 3 звезды, а сзади на колесе может быть 7, 8, 9 или даже 10.

Считается, что чем скоростей больше, тем велосипед круче. Но даже самый дорогой велик с большим количеством скоростей не сделает вас самым быстрым, если вы не умеете переключать передачи.

Найдите для себя наиболее удобные сочетания цифр и используйте эти скорости, когда едете по прямой и более-менее ровной дороге.

Встретился на пути холм или любой другой подъём — скидывайте скорость настолько, чтобы ехать в горку было легко.

Вы видели, как какой-нибудь лихач вкручивал в горку стоя? Так вот, этот человек просто не знает о существовании передач в своём велосипеде. (И здесь мы говорим не про Tour de France или какие-то другие соревнования.) Этот способ неправильный, последовав такому примеру, вы сильно перегрузите колени. Совершенно нормально и не стыдно подниматься на сочетаниях 2–3, 1–2, а в особо тяжёлых случаях — и 1–1.

Читайте также:  Как законсервировать велосипед на зиму

Забравшись наверх, вы можете насладиться спуском, а если настроите передачи на более тяжёлый режим, то поможете инерции завезти вас на следующий холм. Для старта удобнее использовать передачу уровня 2–3 или 2–4, передачи 3–6 и выше реально применять только при езде под горку или сильном попутном ветре.

Не рекомендуется устанавливать передачи на крайние положения, такие как 1–7 (если у вас 21 скорость), 1–8 (при 24 скоростях) или 3–1: в таких случаях происходит перекрещивание цепи, которое ведёт к более быстрому износу всей трансмиссии.

Вне зависимости от того, едете ли вы по ровной дороге, пыхтите при подъёме в гору или мчитесь вниз — во всех случаях вам должно быть легко вращать педали.

Всегда переключайте передачи в движении и немного до того момента, как станет трудно вращать педали. Переключайте скорости последовательно. Не надо прыгать через цифру: установили на 4 — и сделали полный оборот педалями, установили на 5 — и сделали оборот.

Если после переключения слышен посторонний звук, значит, переключения не произошло, хотя вы и видите на рукоятке следующую цифру. В таком случае просто вернитесь к предыдущему показанию передачи, ослабьте давление на педали и переключитесь ещё раз.

3. Не нашли свой ритм

Если вы когда-нибудь ездили в группе, то замечали простую вещь — часть рвалась вперёд, часть отставала, а середина безнадёжно растягивалась. Почему это происходит?

У каждого человека свой индивидуальный ритм педалирования.

Вам сначала нужно понять, на каких передачах удобно ехать по прямой дороге, а затем — поддерживать удобную для вас частоту вращения. Современные велокомпьютеры или мобильные приложения позволяют отследить каденс (частоту педалирования) в цифрах, но вам будет достаточно полагаться и на личные ощущения. Если ехать удобно, значит, это ваш ритм.

Правильный каденс — полтора полных оборота педалей в секунду и быстрее, что для новичков недостижимо, но к этому надо стремиться.

4. Игнорируете правила дорожного движения

Велосипедист — участник дорожного движения, пусть и менее защищённый, чем те же автолюбители. Придерживайтесь следующих правил.

  1. При движении по дороге шлем и яркая одежда обязательны. В тёмное время суток — фонари.
  2. Двигайтесь как можно правее по ходу движения машин. Ехать навстречу потоку категорически запрещено. Берегитесь машин, припаркованных у обочины. Водитель, остановившийся покурить, может внезапно открыть дверь и сбить велосипедиста.
  3. С апреля 2015-го вы имеете полное право двигаться по выделенным полосам для общественного транспорта, если не создаёте помех для посадки-высадки пассажиров.
  4. Движение по автомагистралям велосипедистам запрещено, выбирайте обходные пути.
  5. Запрещено поворачивать налево или разворачиваться на дорогах с трамвайным движением или шириной более одной полосы. В таких случаях спешивайтесь, превращайтесь в пешехода и проходите перекрёсток по «зебре».
  6. Будьте предельно предсказуемы. Обязательно сигнальте водителям, которые едут за вами, о возможных манёврах: поворотах (вытянутая рука указывает в сторону поворота) или остановке (поднятая рука).
  7. На перекрёстке, если планируете ехать дальше по прямой, стойте в крайнем правом ряду, но чуть впереди стоящих машин. Тем самым вы подстрахуете себя от возможного поворота машины вправо, в ваш бок, и продемонстрируете своё намерение продолжать движение по прямой, никуда не сворачивая.
  8. Пропускайте пешеходов на переходах! Если велосипедист переезжает дорогу по «зебре» верхом, то он автоматически считается водителем и при ДТП, скорее всего, окажется виноватым.

5. Забываете пить и есть

Если ваша поездка ограничивается дорогой до ближайшего супермаркета, куда вы отправились за хлебушком, то тут можно обойтись и без дополнительного питания.

Если же поездка предполагает, что вы проведёте в дороге несколько часов, то запаситесь водой или изотоником и простым перекусом. Орехи и сухофрукты прекрасно утоляют голод, для этих целей также отлично подходят бананы, бублики и пряники.

От недостатка воды в первую очередь начинают страдать суставы, ещё до того, как вы почувствуете жажду.

Рекомендуется пить каждые 20 минут.

В велопоходе, помимо организованных завтраков, обедов и ужинов, участникам стоит вручить по пакету с перекусом, который каждый будет расходовать исходя из своих потребностей.

Почему едет велосипед

Держусь я только на ходу,
А если встану — упаду.
С. МАРШАК.

В самом деле, почему он устойчив? Какие силы удерживают на ходу в равновесии конструкцию, абсолютно неустойчивую в неподвижности?

Выяснить это несколько лет назад задался целью английский ученый — химик и спектроскопист Дэвид Джонс. Он решил заняться сам проверкой существующих объяснений устойчивости велосипеда. А теорий на этот счет есть несколько:

1. Велосипед должен быть устойчив за счет действий своего «всадника», который, чувствуя, что его экипаж наклоняется, поворачивает руль в сторону падения. Велосипед начинает двигаться по кривой, появляется центробежная сила, направленная в сторону, противоположную наклону. Она-то и выправляет машину. Эта точка зрения объясняет, почему неподвижный велосипед падает, почему держать равновесие тем легче, чем выше скорость, и почему на велосипеде, у которого руль не поворачивается, ездить нельзя.

Тем не менее эта теория не может быть верной, или по крайней мере она верна не до конца. Каждый, кто ездил на велосипеде, наверняка заметил, что на большой скорости велосипед очень устойчив и упасть не может, даже если этого захотеть. На ходу велосипед в значительной степени устойчив сам, и задача седока в том, чтобы не мешать машине проявлять эту устойчивость,

Джонс показывает, что на его НВ-1 — велосипеде с нейтрализованными гироскопическими силами — можно ездить даже «без рук».

Можно сказать, обучение езде на велосипеде в том и состоит, чтобы привить обучающемуся доверие к устойчивости машины и научить поддерживать ее своевременными легкими поворотами руля. Если разогнать велосипед без седока, то он продержится на колесах секунд двадцать пройдя немалый путь, прежде чем упадет. Неподвижный же велосипед рухнет сразу — стоять он не может. Итак, действия седока — важный, но не единственный фактор.

2. Более сложная теория устойчивости велосипеда учитывает гироскопическое действие переднего колеса.

Велосипед устойчив, если центр его тяжести находится между опорами — точками касания колес и земли, на одной прямой с этими точками. Когда велосипед наклоняется, центр тяжести оказывается сбоку от этой прямой, и машина начинает падать. Однако одновременно с наклоном появляется гироскопическая сила, та самая, которая не дает падать любому вращающемуся волчку — а ведь колеса вращаются! Поскольку переднее колесо укреплено так, что может поворачиваться, эта сила поворачивает его в сторону наклона машины, точка касания им земли смещается в ту же сторону, и центр тяжести снова оказывается между линиями опор.

Следовало убрать гироскопическую силу — один из факторов, за счет которых велосипед может быть устойчивым, Для этого был сделан . «неездящий велосипед первой модели» — НВ-1: на передней вилке обычного велосипеда было дополнительно укреплено колесо, которое не касалось земли, равное по массе и диаметру переднему колесу. Когда его раскручивали в сторону, противоположную вращению ходового колеса, создавался гироскопический момент противоположного знака, так что суммарный момент обоих колес становился равным нулю.

Читайте также:  Сколько стоит скорость на велосипеде

Однако НВ-1 обманул надежды, возложенные на него: ездить на нем было достаточно легко. Он хорошо управлялся как привращении дополнительного колеса в любую сторону, так и при полной его неподвижности. Стало ясно, что гироскопические силы играют крайне малую роль при езде на обычных, нормальных скоростях. Когда же этот «неездящий велосипед» запустили без седока, он повел себя очень интересно. Если до полнительное колесо вращалось против вращения переднего колеса, то он падал почти мгновенно. А при вращении колес в одну сторону этот велосипед продемонстрировал изумительную устойчивость даже на низкой скорости. Результат получился со вершенно очевидным: пустой, легкий велосипед стабилизируется гироскопическим воздействием, а тяжелый велосипед с седоком — нет, он требует от человека постоянных усилий для поддержания его в равновесии. Комбинация двух простых теорий вроде бы достаточно точно объясняет все факты.


НВ-2 — велосипед с перевернутой передней вилкой — оказался удивительно устойчивым.

Но все-таки остается открытым вопрос: почему велосипедист чувствует такую устойчивость своей машины? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно было попытаться прокатиться на НВ-1 без рук: единственная разумная теория такой езды предполагает, что в этом случае велосипедист наклоняет раму перемещением корпуса и этим вызывает появление гироскопической силы на переднем колесе.

Оказалось, что ездить без рук на НВ-1 даже при скомпенсированных гироскопических силах было хотя и очень трудно, но можно!

Значит, существуют и другие силы, которые стабилизируют движущийся велосипед. Кроме уже упомянутых двух, существуют еще три теории, которые рассматривают различные возможные причины его устойчивости.

3. Велосипед держится прямо за счет толщины своих шин (являя собой нечто вроде узкого асфальтового катка).

4. Когда велосипед наклоняется, шина переднего колеса начинает касаться земли не серединой, а боком. За счет трения появляется сила, поворачивающая колесо в сторону наклона. Велосипед начинает двигаться по кривой, и дальше все согласно теории № 1.

5. Эта теория обращает внимание на геометрию рулевого управления. Заметим, что у всех велосипедов ось руля наклонена назад, а конец передней вилки выгнут вперед. Если мысленно продлить ось руля до пересечения с землей, то мы увидим, что точка касания земли передним колесом находится позади этого пересечения (см. рис.). Именно такое устройство переднего колеса обеспечивает при наклоне велосипеда появление силы, которая поворачивает это колесо в сторону наклона и восстанавливает устойчивость. «Самоустанавливающиеся» свойства колес с такой подвеской широко используются в технике, начиная от рояльных колесиков до переднего шасси самолета.

Теория 3 явно несерьезна. Теория 4 весьма сомнительна, так как сила трения очень невелика и к тому же зависит от того, насколько сильно накачана шина. Джонс решил проверить пятую теорию. Для этого он «перевернул» переднюю вилку, получив НВ-2. У этого велосипеда точка касания передним колесом земли отнесена назад сильнее обычного. НВ-2 был довольно неуклюж, но удивительно устойчив, особенно без седока и на большой скорости. При наклоне он не просто шел по кривой, но и активно выравнивался, не боясь толчков и ударов. Но по мере снижения скорости при запуске без седока он начинал раскачиваться, все сильнее и сильнее наклоняясь то в одну, то ? другую сторону. Размах колебаний увеличивался, и ? конце концов НВ-2 падал. Все это объясняется тем, что его стабилизирующие силы при таком устройстве передней вилки были чересчур велики. На отклонения велосипед реагировал слишком сильно, давая слишком большое отклонение в противоположную сторону, что при отсутствии седока в конце концов приводило к падению. НВ-2 замечательно держит направление, но ездить на нем трудно: он слишком устойчив, чтобы быть управляемым. Такой машиной был бы очень доволен флегматичный ездок, не имеющий чувства равновесия и не выбирающий дороги. Интересно, что именно так устроена передняя вилка у велосипедов для гонок за лидером, где требуется особая устойчивость на высокой скорости, но не нужна маневренность.

Стало ясно, что гипотеза 5 верна: стабилизация велосипеда происходит благодаря «самоустанавливающимся» свойствам переднего колеса. Для того, чтобы окончательно убедиться в этом, был сделан новый неездящий велосипед, НВ-3, ось переднего колеса которого была сдвинута на десять сантиметров вперед (см. фото). В результате точка касания колесом земли оказалась далеко впереди пересечения оси руля с землей. Он оказался, как и следовало ожидать, крайне неустойчивым. Если его подталкивали вперед без седока, он падал сразу же.

Правда, ездить на нем все же можно было, но для этого Джонсу приходилось демонстрировать чудеса ловкости, что доказывает лишь высокие приспособительные качества человека как управляющей системы. Итак, вопрос, поставленный в заголовке статьи, как будто получил ответ. Но истина гораздо сложнее и еще не постигнута нами. Американские инженеры Уитт и Уилсон в книге «Велосипедная наука», вышедшей в 1974 году, перечисляют около полутора десятков факторов, влияющих на устойчивость велосипеда. Здесь и упоминав шиеся в настоящей статье — реакция велосипедиста, устройство передней вилки, гироскопический эффект и другие не исследовавшиеся Джонсом,- масса самой машины и отношение массы велосипедиста к массе велосипеда, расстояние между колесами (при коротком высока маневренность, мала стабильность, при большом, как у тандемов,- наоборот), пружинистость рамы и даже жесткость связи седока с машиной (имеются ли на педалях зажимы для ног — туклипсы, подпружинено ли седло). Отразить взаимодействие всех этих факторов в единой «формуле велосипеда», возможно, никогда не удастся. Математическая теория велосипеда далека от завершения. Эта простая машина наверняка держит в запасе кое-какие сюрпризы для своих будущих исследователей.

Что влияет на накат велосипеда — обновлено

Почти каждый, кто выбирал хороший велосипед, слышал слова «катит», «не катит», «накат» и т.п. Но что же понимают под этим термином?

Разные люди вкладывают в эти слова немного разные вещи. Одни — то, какое расстояние велосипед проедет после прекращения педалирования, другие — то, сколько сил нужно потратить на преодоление какого-то расстояния. Вторая формулировка мне кажется более предпочтительной, потому что, включает больше важных условий для комфортной езды.

Итак, примем, что накат — это то, сколько сил нужно потратить на преодоление какого-то расстояния.

Почему это важно — потому что от него зависит то, как быстро устаёшь, удовольствие от езды. В конце концов — настроение вечером после 150 км троп и грунтовых дорог по Крыму и т.д.

Не думаю, что накат можно измерить или представить в численном виде. Теоретически, пожалуй, может получиться, но этим никто не будет заниматься. Зато накат велосипеда можно почувствовать: лучше или хуже, чем у того велосипеда, на котором вы обычно ездите. Я начал чувствовать разницу между велосипедами после нескольких тысяч километров пробега на своём первом байке.

Когда ты садишься на велосипед, который «катит», это ясно через несколько оборотов педалей. Хорошо катящий велосипед едет вперёд легко и с минимальным усилием, а после прекращения педалирования ещё долго катится. Это ощущение лёгкости очень ярко, особенно, если пересаживаешься с очень плохого велосипеда на очень хороший.

Читайте также:  Аренда велосипеда на пхукете

Противоречие, конечно… но чувства — относительный параметр. Не всегда ощущаемая лёгкость езды означает лучший накат велосипеда. Мне кажется, рамы с короткой базой дают большее ощущение скорости, чем длинные (при той же самой скорости). Другими словами — с короткой рамой кажется, что едешь быстрее, потому что «колбасит» больше, но скорость та же 🙂

В пылу споров родился такой-вот список, что влияет на накат велосипеда (в порядке уменьшения влияния):

1. Покрышки: ширина, наличие протектора и его форма.

По твёрдому лучше всего катит узкая гладкая резина без рисунка, хуже всего — широкая покрышка с большими, широко расставленными злющими шипами. На гравии, в песке и в мягком грунте — иначе.

2. Давление в камерах.

Чем выше давление в покрышке, тем лучше накат по твёрдому покрытию. Для грунта и щебня есть некое оптимальное давление, обычно находится экспериментально.

3. Легкость и колес.

Это элемент, который постоянно толкается тобой при езде. Степень важности веса компонентов такова: покрышки > камеры > обода > спицы > втулки. Чем легче — тем меньше сил тратится на разгон велосипеда. Вес покрышки, камеры и обода сильно влияет на динамику разгона велосипеда (лёгкость ускорения).

4. Диаметр колеса.

Чем больше диаметр, тем лучше катит, 29″ > 26″. Большое колесо легче преодолевает неровности дороги.

5. Сопротивления, возникающие в механической системе — — — .

Очень сильно ухудшает накат износ ходовой части, грязная и не смазанная цепь.

6. Качество и состояние втулок колёс.

Изношенные втулки заставляют тратить больше сил на движение. Лучшие по лёгкости качения втулки, которые я пробовал — Shimano XTR.

7. Геометрические настройки велосипеда.

С низко опущенным седлом и широким рулём быстро и далеко не уедешь (либо это будет очень тяжело и травмоопасно для коленей).

8. Масса велосипеда.

Проявляется при разгоне и на подъёмах. Чем круче и длинне подъём — тем сильнее проявляется. Легче велосипед — легче ехать.

9. Начиная со скорости 25-27 км/ч, существенно начинает сказываться сопротивление воздуха. Если ветер встречный — то, с 10-15 км/ч.

Чем уже руль и ниже посадка — тем легче ехать.

10. Амортизаторы могут существенно влиять на накат в худшую сторону, реже — улучшать.

Ухудшают — на ровном асфальте, улучшают — на твёрдых дорогах с мелкими неровностями, прессованными камнями и т.п.

11. Геометрия рамы.

Да, она находится на последнем месте по степени влияния на ходовые качества среди перечисленных выше параметров. Важно её соответствие вашей анатомии и направленность на быструю езду. На короткой раме эффективно педалировать трудно.

Почемучка: почему двухколёсный велосипед не падает, когда едет?

Учиться кататься на трёхколёсном и четырёхколёсном велосипеде не нужно — достаточно сесть и поехать. А вот с двухколёсным товарищем дело обстоит уже сложнее. Почти никому не удаётся сесть на него и сразу уехать далеко-далеко. Потребуется приложить много усилий и даже пережить кучу разбитых коленок и локтей!

Однако как только у человека появляются навыки езды на двухколесном велосипеде, сразу возникает вопрос: странно, но почему же он не падает? И если задать этот вопрос самым разным людям, большинство из них, скорее всего, тоже задумаются и просто пожмут плечами.

Гироскопический эффект
Ребята, которые увлекаются физикой, могут сказать, что велосипед не заваливается на бок при езде из-за эффекта гироскопа. Что же это такое?

Если говорить простым языком, без терминов, то гироскопический эффект (эффект гироскопа) — это особая способность всех крутящихся вещей (например, колес) сохранять ровное положение просто так, без дополнительного воздействия со стороны. То есть, если позволить колёсам крутиться с огромной скоростью, они просто продолжат ехать по одной линии, даже если специально их не выравнивать.

Кстати, эффект гироскопа можно не только увидеть, но и почувствовать! Возможно, вы не раз замечали, что двухколёсный велосипед едет более прямо и ровно по одной линии, если скорость движения большая. Но как только скорость замедляется, велосипед начинает вилять из стороны в сторону и даже заваливаться на бок. Приходится соскакивать на землю или тормозить!

Точно по такому же принципу, с гироскопическим эффектом, двигается детская игрушка — юла. Когда мы заводим её, игрушка стоит на одной ножке, быстро-быстро вращается вокруг своей оси и не падает. Но стоит ей замедлить скорость — и она сразу начинает ложиться на бок и тормозить. То же самое происходит и с велосипедом!

Тем не менее велосипед не падает во время езды не только из-за гироскопического эффекта. Оказывается, на него воздействует ещё один фактор.

Почему во время движения велосипед не падает
Способность кататься на двухколёсном транспортном средстве многими детьми воспринимается как суперспособность. И в этом действительно есть что-то магическое! Ведь любой учёный скажет, что велосипед не падает в процессе движения ещё и благодаря нашему мозгу. Что же это значит?

Учёные выяснили, что эффект гироскопа только немножко помогает велосипедисту ехать ровно, правильно. Но за умение ездить на нём отвечает человеческий мозг.

Проверить это очень просто даже без дополнительных инструментов. Попробуйте приподняться на цыпочках на одной ноге и удержать равновесие, пытаясь балансировать руками. Скорее всего, сделать это будет очень сложно. Тело постоянно будет наклоняться то в одну, то в другую сторону. Если же попеременно прыгать с одной ноги на другую, ситуация изменится. Сохранять баланс тела станет намного проще.

С велосипедом происходит почти так же. Когда мы едем, велосипед, конечно, следует не по ровной линии, а немного отклоняясь в разные стороны (по-другому ездить с такими узкими колесами просто невозможно!). Но велосипедист, управляющий рулем, то и дело контролирует движение. Если велосипед немного отклоняется вправо — велосипедист чуть-чуть наклоняет руль влево. Если же велосипед потянуло вправо — велосипедист немного тянет руль вправо.

Такое выравнивание положения руля происходит неосознанно. То есть человек просто едет, а не производит никаких специальных математических вычислений. За него это делает головной мозг и вестибулярный аппарат — орган, который помогает нам сохранять баланс тела. В физике такое явление называется «эффектом кастора» или «подсознательным подруливанием в сторону падения».

Кстати, этот эффект можно увидеть вживую. Попробуйте сесть на двухколёсный велосипед и посмотреть на руль в первые секунды движения. Скорее всего, он будет дрожать или вилять, а мы будем стараться его выровнять, чтобы не упасть.

Наиболее заметен этот эффект у малышей, которые только учатся кататься на велосипеде без дополнительных колес по бокам. А вот у опытных велосипедистов его почти не видно, хотя даже у них велосипед движется с небольшими колебаниями.

Благодаря этому можно сделать вывод, что велосипед не падает, когда едет, только благодаря нашему сознанию. А научиться кататься на велосипеде — это значит в совершенстве овладеть эффектом подруливания. И для этого человеку почти ничего не нужно делать. Главное — постоянно практиковаться!

Ссылка на основную публикацию