Справжня фізика, що стоїть за двоколісним балансом FreeRider
Трейан Гога був редактором FreeRider.ro з самого початку журналу
Наступна стаття
Pure Fix Kilo: велосипед, який світить вночі
З перших метрів на двох колесах без руки когось із батьків, щоб тримати нас за сідло, ми знаємо, що ми можемо підтримувати рівновагу на велосипеді завдяки інерції. Або, як пластично підсумував Альберт Ейнштейн: життя схоже на їзду на велосипеді; потрібно йти, щоб утримувати рівновагу. Але чи так це насправді? Інерція - це та сила, за яку ми повинні дякувати за диво на велосипеді?
Ну, здається, не дуже. Два фізики, Дж. Лоуелл і Х.Д. Маккелла, опублікованого в 1982 році в American Journal of Physics дуже цікавим і докладним дослідженням про те, чому велосипедисту вдається тримати рівновагу. Коротше кажучи, велосипед поводиться не як тіло, яке рухається в результаті своєї інерції, а як гіроскоп, завдяки кінетичному моменту, що генерується колесом, яке стабілізує весь велосипед. У той же час саме ця гіроскопічна поведінка допомагає змінити напрямок, а не кермо! Пояснення подані нижче.
Продемонструвавши, що рух колеса створює кінетичний момент, Лоуелл і Маккелл встановили гіроскопічну природу цього компонента велосипеда. У свою чергу, цей кінетичний момент піддається відцентровій силі, яка є справжнім елементом, який забезпечує стійкість велосипеда в русі. Тому ні інерція, ні швидкість руху не є критичними факторами для рівноваги. Але лише зараз настає цікава частина!
Я вже говорив раніше, що зміна напрямку (повороту) безпосередньо пов'язана з цим гіроскопічним рухом і, поступально, з відцентровою силою. Велосипед, який тримається перпендикулярно землі, їде прямо. Навіть якщо є спокуса віднести це до інерції, це відцентрова сила робить це можливим. Як доказ, якщо ви нахилите велосипед вліво, тоді весь велосипед поверне ліворуч, навіть якщо кермо прямо.
Це пов’язано зі зміною осі, навколо якої обертаються колеса, та зміною напрямку крутного моменту. Однак дія відбуватиметься лише в ситуаціях, коли швидкість висока. Якщо це не так, тоді вам доведеться використовувати звичайний кермо, щоб взяти поворот. Це ніби подібно до того, що відбувається на велодромі. Оскільки велосипедисти досягають дуже високої швидкості, понад 70 км/год, а довжина траси становить 330 метрів (більшу частину часу), повороти будуються з нахилом під великим кутом, часто понад 30 градусів. Таким чином, спортсменам на максимальній швидкості не потрібно рухати кермо, коли вони знаходяться на повороті, а лише тримати його прямо, як на малюнку нижче.