Чому велосипед не падає
Що таке стійкість і навіщо вона потрібна?
Велосипедист на спочиваючому велосипеді спочатку знаходиться в стані нестійкої рівноваги. Будь-яке обурення призведе до виходу з нестійкої рівноваги - в нашому випадку на землю, де він буде перебувати, скільки захоче. Внизу приклади нестійкого і стійкого рівноваг.
Але все змінюється, коли велосипед їде. В цьому випадку, якщо велосипед захоче впасти, його переднє колесо повертається так, щоб відновити вертикальне положення. Причому, це повернення закладено в саму фізику велосипеда, так що райдеру, насправді, і робити нічого не потрібно. Велосипед, розігнаний до певної швидкості (в статті наводиться значення в 15-20 км / ч), може їхати в стабільному вертикальному положенні і без велосипедиста.
Через те, що велосипед стабільний лише в русі, але не в спокої, можна сказати, що ця система стійка динамічно.
Що допомагає велосипеду повертатися в початкове положення?
Два ефекту, що вносять найбільший внесок - це гироскопический ефект і кастор переднього колеса.
Гіроскопічний ефект - ефект, що виникає в обертових системах, що володіють певним кутовим моментом, коли намагаються змінити напрямок осі обертання. Сила, що виникає в такому випадку, називається гіроскопічною силою. Гіроскопічний ефект нетривіально пояснити, але його легко відчути. Найпростіший експеримент, який кожен з вас може поставити в домашніх умовах, - це взяти колесо велосипеда за вісь, розкрутити і спробувати помахати їм в повітрі. Ви відчуєте силу. Причому, чим більше розкрутіть колесо, тим більше сила. На цій же силі заснована тренування з powerball. тільки система там трохи оптимізувати. Коли ви нахиляє велосипед - нахиляється і вісь переднього колеса, колесо за рахунок гіроскопічного ефекту повертає в бік нахилу.
Кастор в нашій літературі - це кут нахилу осі повороту автомобіля. Там це: caste r effect. castor і т.д. Наш кут нахилу рульової - той же кастор.
Існування кастору призводить до того, що точка контакту переднього колеса знаходиться за уявної точкою перетину лінії вилки і землі. Це призводить до так званого «сліду» або trail переднього колеса. Ефект від такої геометрії ви можете спостерігати на візках в Ашан: колесо завжди прагне волочитися за візком. При стабілізації це проявляється в тому, що при нахилі велосипеда переднє колесо прагне «провалитися» у бік нахилу велосипеда, тим самим, повертаючи колесо в сторону
Ps. Коли розбирався в цій статті, натрапив на велику статтю на EnWiki про вело- і мотодінаміку, про те, які сили впливають на рух байка, про різні ефекти, геометрії і т.д. з кількістю посилань> 50. При бажанні можу переказати її по частинах сюди.