Двухколесный велосипед при движении не падает, потому что тот, кто на нём едет постоянно поддерживает равновесие. Площадь опоры велосипеда небольшая — это прямая, которая проведена через точки касания колёс велосипеда с землёй. Поэтому велосипед находится в состоянии динамического равновесия.
это при помощи подруливания: при наклоне велосипеда, человек поворачивает руль в ту же сторону. После этого велосипед поворачивает, при этом центробежная сила возвращает велосипед в начальное вертикальное положение. Процесс подруливания, чтобы удержать равновесие происходит непрерывно, поэтому движение велосипеда не прямолинейное. Если руль зафиксировать, то велосипед упадёт. Существует зависимость скорости и центробежной силы. Чем выше скорость, тем большее значение у центробежной силы и соответственно меньше необходимо отклонять руль для поддержания равновесия.
Какие моменты сил возникают при движении велосипеда
Чтобы повернуть, необходимо наклонить велосипед в сторону так, чтобы сумма центробежной силы и силы тяжести проходила через линию опоры колёс. Если это не так, то центробежная сила опрокинет велосипед в другую сторону. Для облегчения поддержания равновесия конструкция рулевого управления велосипеда имеет свои особенности.
Ось рулевой колонки наклонена назад, а не расположена вертикально. Она проходит ниже оси вращения колеса и впереди точки, где колесо велосипеда касается земли. Благодаря такому виду конструкции достигаются цели:
1. В случае отклонения переднего колеса велосипеда от нейтрального положения возрастает значение момента силы трения по отношению к рулевой оси. Это значение и возвращает колесо в нейтральное положение.
2. При наклоне велосипеда, возрастает значение момента силы, которое поворачивает колесо в сторону наклона. Увеличение значения момента вызывается силой реакции опоры, которая приложена к точке касания колеса с землёй и её вектор направлен вверх. Сила реакции опоры при наклоне велосипеда смещается относительно рулевой оси благодаря тому, что рулевая ось не проходит через точку касания колеса с землёй.
Возможность велосипеда самому сохранять динамическое равновесие сильно зависит от формы рулевой вилки. Главным фактором является измеренное расстояние между двумя точками:
1. Точкой касания колеса земли.
2. Точкой, где пересекается ось вращения вилки и земля.
Чем больший наклон у оси вращения вилки, тем большее значение имеют моменты сил, возвращающие велосипед в состояние равновесия. Но, если малые значения моментов приводят к затруднениям поддержания равновесия, то слишком большие их значения создают колебательную неустойчивость велосипеда. Поэтому, положение центра колеса относительно оси вращения вилки выбирается при разработке велосипеда. Чтобы снизить слишком большой компенсирующий момент вилки велосипедов изгибают, изменяя положение оси колеса.
Также читать на эту тему:
Физические силы, действующие при езде на велосипеде. Так как классический велосипед имеет два колеса, то велосипедисту для того, чтобы он ехал, постоянно необходимо поддерживать равновесие и преодолевать различные силы, которые возникают в процессе движения. То, что конструкция велосипеда несложная, это не значит…
Виды передачи крутящего момента на колесо велосипеда. Устройство кассетной передачи состоит из звёздочки с храповым механизмом – драйвера, которая передаёт с цепи на колесо крутящий момент. Собачки и пружины храпового механизма расположены внутри корпуса втулки. Драйвер имеет два или три шарикоподшипника…
Аэродинамические тесты в велоспорте. Когда усовершенствование технических характеристик велосипеда достигло определённого предела и разницы в показателях отдельных компонентов различных производителей практически не стало, обратили внимание на сопротивление воздуха, которое велосипедист…
Технические революции в велоспорте. В 1912 году была придумана механическая многоскоростная трансмиссия. Её изобретение во многом повлияло на среднюю скорость велогонок, хотя до 1937 года её использование было запрещено на основных велогонках мира…
