Чому велосипедист не падає з велосипеда?

Хто винайшов велосипед

Відомості про велосипеди і самокати до 1817 року неясні і суперечливі.

Але поява перших моделей велосипедів для широкого практичного застосування можуть бути віднесені до 1817 року. Саме тоді в Німеччині барон фон Дрез представив публіці механізм, який він назвав на свою честь «дрезиною». Два колеса дрезини з'єднувалися дерев'яним бруском. Сідок переносив частину ваги тіла на дерев'яний упор перед собою і просував дрезину уперед, відштовхуючись від землі почергово лівою і правою ногами. Він управляв дрезиною, повертаючи укріплену на осі переднього колеса ручку.

Цей механізм був прозваний «кінь денді» (першокласна кінь) за свою високу ціну. На ньому, до речі, любив їздити англійський король Георг IV!

Близько 1840 року шотландець Макміллан взяв стару «кінь денді» і поставив важелі на вісь заднього колеса. Вони з'єднувалися приводними стрижнями з педалями. Він їздив на ній так швидко, що навіть був заарештований за «скажену їзду»!

Назва «велосипед» («байсікл») вперше з'явилося в 1865 році, коли француз Лалемен прикріпив важелі й педалі до переднього колеса механізму, дуже схожого на «коня денді». Ці велосипеди жартома прозвали «драндулети», тому що у них були важкі дерев'яні рами й залізні обода, які тряслися при їзді. У 1868 році увійшли до вживання легкі металеві колеса з дротяними спицями і масивними гумовими шинами. У всіх цих велосипедах колеса були одного розміру.

Незабаром після цього з'явився новий тип велосипеда – з великим переднім колесом. У міру його удосконалення переднє колесо ставало все більше і більше. В результаті один оборот педалей, прикріплених до осі, просував велосипед на більшу відстань. У деяких моделях переднє колесо досягало в діаметрі 1,5 метра або навіть більше, в той час як заднє – всього 30 сантиметрів. Їздець розташовувався над величезним переднім колесом, і, якщо йому не вистачало спритності, щоб утриматися в сідлі, прогулянка могла закінчитися падінням головою вперед!

І, нарешті, приблизно в 1885 році з'явився сучасний «безпечний велосипед». У цій моделі колеса були одного розміру, а сидіння розташовувалося трохи попереду заднього колеса. Ланцюгове колесо на педалях робили набагато більше, ніж на задньому колесі, і тому при кожному повороті педалей заднє колесо долало таку ж відстань, як і небезпечне велике переднє колесо в попередніх моделях.

Подальші удосконалення остаточно додали велосипеду сучасний вигляд.

Чому велосипедист не падає з велосипеда

Крутячи педалі велосипеда, людина ніколи не думаємо про те, які сили утримують його в рівному положенні, чому він не падає. Дві речі змушують людину утримуватися на велосипеді.
Перша – це вращающая сила, яка називається ще гіроскопічною. Гіроскоп – це дзига, встановлений таким чином, що його центр ваги залишається в одному і тому ж місці, незалежно від того, як гіроскоп обертається. Коли колесо гіроскопа починає крутитися, воно зберігає своє положення в просторі, поки на нього не впливають зовнішні сили. Те ж саме відбувається з колесом велосипеда, коли воно починає крутитися. Колеса зберігають рівновагу, поки не стикаються з силами, здатними змінити їхній напрямок.

Друга сила, що допомагає людині утриматися на велосипеді, – сила інерції. Приклад цієї сили можна спостерігати, коли його відкидає в машині у бік, якщо вона різко повертає.
Якщо людина почала падати з велосипеда, він повертає переднє колесо в напрямку падіння. Сила інерції вирівнює його положення.

Щоб не впасти, людина злегка повертаєте кермо то вправо, то вліво. Іншими словами, він повертаєте кермо, не думаючи про це, таким чином, що сила інерції постійно утримує його в рівновазі.

Звичайне колесо котиться само по собі досить стійко: при нахилі в будь-який бік воно не падає під дією сили тяжіння, а повертає в бік нахилу і їде по дузі. Цей ефект називається гіроскопічним.

Існує багато гіпотез, що пояснюють стійкість руху системи гонщик-велосипед. Зупинимося на деяких з них.

Гіпотеза 1. Гіпотеза припускає забезпечення стійкості руху тільки за рахунок примусового переміщення центру мас системи шляхом зміни положення тіла гонщика щодо точок опори коліс. Типовими прикладами, що підтверджують цю гіпотезу, служать їзда на велосипеді, з заклиненого рульовою колонкою або цирковий трюк їзди на велосипеді по жорсткому прямолінійним профілем під куполом цирку з застосуванням поперечно-розташованого жердини, гантелей та інших масивних допоміжних засобів.

Найбільш достовірно підтверджують дану гіпотезу прийоми забезпечення стійкості при русі велосипеда у вузькій колії розбитої дороги або при попаданні коліс велосипеда під час гонки у жолоб трамвайного рейки. При цьому система виходить з рівноваги і відхиляється від вертикальної площини. Для повернення системи в рівновагу і забезпечення стійкості руху гонщик виконує маневр, який полягає в тому, що він навмисно відштовхується від велосипеда в бік, протилежний первісному відхиленню, переносячи центр мас в площину, в якій розташована точка опори.

Гіпотеза 2. Ця гіпотеза пропонує зворотну дію, тобто зміна положення точок опори системи гонщик-велосипед на поверхні дороги. Аналогів подібної дії в практиці повсякденного життя зустрічається чимало. Наприклад, для забезпечення стійкості олівця, вертикально стоїть на кінчику пальця, досить змістити точку його опори. Забезпечення стійкості такого вертикально стоїть стрижня є повною аналогією сюрпляс, коли за рахунок розвороту переднього колеса гонщикові вдається знаходити для нього таке положення на полотні трека, що центр мас системи залишається у вертикальній площині, що проходить через точки контакту переднього і заднього коліс з поверхнею треку.

Гіпотеза 3. Ця гіпотеза пов'язана з особливістю конструктивного вирішення вузла передньої вилки велосипеда і діаметром переднього колеса. Практичні випробування різних конструкцій показали, що з усього їх різноманіття можна виділити такі рішення, які визначають стійкість спрямованого руху системи гонщик-велосипед. Принципово важливим для конструкції рами велосипеда є кут нахилу осі рульової колонки і вигин передньої вилки.

Стійкість системи досягається майже у всіх випадках, за винятком тих, коли співпадають точка перетину осі рульової колонки з поверхнею дороги (точка А) і точка перетину площини дороги і вертикалі, що проходить через вісь переднього колеса (точка В), або точка В знаходиться спереду точки А по напрямку їзди велосипеда.

Їзда без рук на такому велосипеді неможлива, а нормальна керована кермом їзда вкрай скрутна. Мінімальна зовнішній вплив виводить систему з рівноваги, і швидко наростаючий дестабілізуючий момент приводить до падіння.

Гіпотеза 4. Стійкість системи забезпечується гіроскопічним ефектом. Перше правило при навчанні їзді на велосипеді говорить: підтримуй швидкість руху і повертай кермо в бік падіння. Цей ефект спостерігається при їзді на велосипеді, коли руки прибрані з керма, особливо це стає очевидним при спуску по звивистій дорозі, коли для входу в черговий віраж досить нахилити корпус у бік центру кривизни віражу – і велосипед буде рухатися по криволінійній траєкторії, яка відповідає швидкості руху і нахилу велосипеда.

Узагальнюючи, можна сказати, що якщо під поняттям «стійкість руху» мати на увазі здатність системи гонщик-велосипед зберігати задану форму руху, то розглянута система нестійка в статиці, а її абсолютно прямолінійний рух неможливо. Траєкторії руху точок опори (точок контакту коліс з поверхнею дороги) коливаються щодо деякої прямої лінії, обраної в якості основного напрямку руху системи. Добре підтверджують це положення безуспішні спроби їзди з заклиненого рульовою колонкою, хоча, здавалося б, саме при заклиненого колонці велосипед повинен рухатися прямолінійно.

Джерела інформації:

  • rc.nsu.ru – про те, чому людина не падає з велосипеда
  • zadavay.ru – чому людина не падає з велосипеда
  • potomy.ru – хто придумав велосипед
  • ru.wikipedia.org – велосипед, історія, соціальна роль і т.д.

Category: Дозвілля та розваги

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply