Fizica mișcării bicicletelor

Fizica mișcării bicicletelor
Pentru ca bicicleta cu două roți să nu cadă, trebuie să mențineți echilibrul în mod constant. Deoarece zona de rulment de biciclete este foarte mică (în cazul unei biciclete cu două roți este doar o linie trasată prin cele două puncte în cazul în care roțile ating solul), o astfel de bicicletă poate fi doar în echilibru dinamic. Acest lucru este realizat cu ajutorul unui propulsor. dacă bicicleta se înclină, biciclistul respinge volanul în aceeași direcție. Ca urmare, bicicleta începe să se rotească și forța centrifugă readuce bicicleta în poziție verticală. Acest proces este continuu, astfel încât bicicleta cu două roți nu poate merge direct; dacă volanul este fixat, bicicleta va cădea. Cu cât viteza este mai mare, cu atât este mai mare forța centrifugă și cu atât mai puțin trebuie să deflectați volanul pentru a menține echilibrul.







La întoarcere, trebuie să înclinați bicicleta în direcția rotației, astfel încât suma forței de gravitație și a forței centrifuge să treacă prin linia de susținere. În caz contrar, forța centrifugă va înclina bicicleta în direcția opusă. Ca și în cazul unei linii drepte, este imposibilă menținerea perfectă a unei astfel de pante, iar împingerea se desfășoară exact în același mod, numai poziția echilibrului dinamic se schimbă ținând cont de forța centrifugă care a apărut.

Designul direcției bicicletei facilitează menținerea echilibrului. Axa de rotație a cârmei nu este verticală, ci înclinată înapoi. În plus, acesta trece sub axa de rotație a roții din față și în fața punctului în care roata atinge solul. Datorită acestui design, se realizează două obiective:

  • Dacă roata din față a bicicletei se deplasează accidental din poziția neutră, apare un cuplu de frecare în raport cu axul de direcție, care readuce roata înapoi în poziția neutră.
  • Dacă înclinați bicicleta, apare un moment de forță care rotește roata din față în direcția înclinării. Acest moment este cauzat de forța de reacție a suportului. Se aplică în punctul în care roata atinge solul și este îndreptată în sus. Datorită faptului că axa de direcție nu trece prin acest punct, atunci când bicicleta este înclinată, forța de reacție a suportului este deplasată față de axa de direcție.

Astfel se efectuează direcția automată. ajutând la menținerea echilibrului. În cazul în care bicicleta este înclinat în mod accidental, roata din față se transformă în aceeași direcție ca și roata începe să se rotească, forța centrifugă se revine într-o poziție verticală, iar forța de frecare din spate roata din față din spate într-o poziție neutră. Datorită acestui fapt, puteți merge cu bicicleta "fără mâini". Motocicleta în sine menține echilibrul. Deplasând centrul de greutate deoparte, aveți posibilitatea să mențineți o îndoire constantă a bicicletei și să faceți o întoarcere.







Se poate observa că abilitatea unei biciclete de a menține independent un echilibru dinamic depinde de designul furcii de direcție. Determinarea unei roți umăr reacție podea, lungime adică perpendicular a scăzut de la atingerea roților la sol pe axa furcii de rotație; sau, în mod echivalent, dar mai ușor de măsurat - distanța de la punctul de contact al roții până la punctul de intersecție al axei de rotație a furcii cu solul. Astfel, pentru aceeași roată, cuplul rezultat va fi mai mare, cu atât mai mare este panta axei de rotație a furcii. Cu toate acestea, pentru a obține caracteristici dinamice optime nu au nevoie de un cuplu maxim, și un strict determinată, în cazul în care timpul este prea mic va duce la dificultăți de reținere la echilibru, sau prea mare - o instabilitate vibrațional, în special - „șimi“ (vezi mai jos.). Prin urmare, poziția axei roții față de axa furcii este selectată cu atenție în timpul proiectării; Multe furci de biciclete au o îndoire sau pur și simplu schimbă axa roții înainte pentru a reduce cuplul excesiv de compensare.

Opinia larg răspândită despre efectul semnificativ al cuplului giroscopic al roților rotative asupra menținerii echilibrului este incorectă.

La viteze mari (începând de la aproximativ 30 km / h), roata din față poate trăi așa-numita. sau "șimii" - un fenomen bine cunoscut în aviație. În acest fenomen, roata se rotește spre dreapta și spre stânga. Vitezele de mare viteză sunt cele mai periculoase atunci când conduci "fără mâini" (adică când un ciclist se plimbă fără a ține roata). Motivul pentru învârtirea rapidă nu este în asamblarea slabă sau atașarea slabă a roții din față, acestea fiind cauzate de rezonanță. Vânătoarea rapidă este ușor de stins, încetinind sau schimbând poza, dar dacă nu, pot fi mortale.

Ciclismul este mai eficient (din punct de vedere al costurilor pe energie pe kilometru) atât la mersul pe jos, cât și la condus. Când mersul pe bicicletă la o viteză de 30 km / h ars 15 kcal / km (kilocalorii pe kilometru), sau 450 kcal / h (kilocalorii pe oră). Când mersul pe jos viteză de 5 km / h ars 60 kcal / km sau 300 kcal / h, adică de patru ori cu bicicleta mers mai eficient prin consumul de energie pe unitatea de distanță. Deoarece ciclismul consumă mai multe calorii pe oră, este și cea mai bună încărcătură sportivă. Când alergați, costul de calorii pe oră este chiar mai mare. Trebuie avut în vedere faptul că sarcina de șoc atunci când rulează, dar, de asemenea, ciclism necorespunzătoare (de exemplu, de conducere în sus în trepte superioare de viteză, genunchi hipotermie, lipsa unor cantități suficiente de lichide, etc.) pot rani glezna si genunchi. Un bărbat instruit care nu este un sportiv profesionist poate dezvolta o lungă perioadă de timp o putere de 250 de wați sau 1/3 litru. a. Aceasta corespunde unei viteze de 30-50 km / h pe un drum plat. O femeie poate dezvolta o putere absolută mai mică, dar o putere mai mare pe unitate de greutate. Din moment ce aproape toate a puterii pe un drum plat utilizat pentru a depăși rezistența aerului, cât și la deplasarea în rampă costurile de bază - pentru a depăși forța de gravitație, femei, alte lucruri fiind egale, du-te mai lent la nivelul solului și în sus mai repede.

Bazat pe materiale de pe Wikipedia







Trimiteți-le prietenilor: