Вопрос: Почему человек не падает с велосипеда?

Ответ: Начнем с того, что обыкновенное колесо катится само по себе достаточно устойчиво: при наклоне в какую-либо сторону оно не падает под действием силы тяжести, а поворачивает в сторону наклона и едет по дуге. Этот эффект называется гироскопическим (Подробнее в книге: Кл.Э.Суорц "Необыкновенная физика обыкновенных явлений", том 1, М., Наука, 1986, глава 8.).

Существует много гипотез, объясняющих устойчивость движения системы гонщик - велосипед. Остановимся на некоторых из них.

Гипотеза 1.

Гипотеза предполагает обеспечение устойчивости движения только за счет принудительного перемещения центра масс системы путем изменения положения тела гонщика относительно точек опоры колес. Типичными примерами, подтверждающими эту гипотезу, служат езда на велосипеде, с заклиненной рулевой колонкой или цирковой трюк езды на велосипеде по жесткому прямолинейному профилю под куполом цирка с применением поперечно-расположенного шеста, гантелей и других массивных вспомогательных средств.

Наиболее достоверно подтверждают данную гипотезу приемы обеспечения устойчивости при движении велосипеда в узкой колее разбитой дороги или при попадании колес велосипеда во время гонки в желоб трамвайного рельса. При этом система выходит из равновесия и отклоняется от вертикальной плоскости. Для возвращения системы в равновесие и обеспечения устойчивости движения гонщик выполняет маневр, состоящий в том, что он преднамеренно отталкивается от велосипеда в сторону, противоположную первоначальному отклонению, перенося центр масс в плоскость, в которой расположена точка опоры.

Гипотеза 2.

Эта гипотеза предлагает обратное действие, т. е. изменение положения точек опоры системы гонщик -- велосипед на поверхности дороги.

Аналогов подобного действия в практике повседневной жизни встречается немало. Например, для обеспечения устойчивости карандаша, вертикально стоящего на кончике пальца, достаточно сместить точку его опоры. Обеспечение устойчивости такого вертикально стоящего стержня является полной аналогией сюрпляса, когда за счет разворота переднего колеса гонщику удается находить для него такое положение на полотне трека, что центр масс системы остается в вертикальной плоскости, проходящей через точки контакта переднего и заднего колес с поверхностью трека.

Гипотеза 3.

Эта гипотеза связана с особенностью конструктивного решения узла передней вилки велосипеда и диаметром переднего колеса. Практические испытания различных конструкций показали, что из всего их многообразия можно выделить такие решения, которые определяют устойчивость направленного движения системы гонщик - велосипед. Принципиально важным для конструкции рамы велосипеда является угол наклона оси рулевой колонки и изгиб передней вилки.

Устойчивость системы достигается почти во всех случаях, за исключением тех, когда совпадают точка пересечения оси рулевой колонки с поверхностью дороги (точка А) и точка пересечения плоскости дороги и вертикали, проходящей через ось переднего колеса (точка В), или точка В находится спереди точки А по направлению езды велосипеда.

Езда без рук на таком велосипеде невозможна, а нормальная управляемая рулем езда крайне затруднительна. Минимальное внешнее воздействие выводит систему из равновесия, и быстро нарастающий дестабилизирующий момент приводит к падению.

Гипотеза 4.

Устойчивость системы обеспечивается гироскопическим эффектом. Первое правило при обучении езде на велосипеде гласит: поддерживай скорость движения и поворачивай руль в сторону падения. Этот эффект наблюдается при езде на велосипеде, когда руки убраны с руля, особенно это становится очевидным при спуске по извилистой дороге, когда для входа в очередной вираж достаточно наклонить корпус в сторону центра кривизны виража -- и велосипед будет двигаться по криволинейной траектории, соответствующей скорости движения и наклону велосипеда.

Обобщая, можно сказать, что если под понятием "устойчивость движения" иметь в виду способность системы гонщик - велосипед сохранять заданную форму движения, то рассматриваемая система неустойчива в статике, а ее абсолютно прямолинейное движение невозможно. Траектории движения точек опоры (точек контакта колес с поверхностью дороги) колеблются относительно некоторой прямой линии, выбранной в качестве основного направления движения системы. Хорошо подтверждают это положение безуспешные попытки езды с заклиненной рулевой колонкой, хотя, казалось бы, именно при заклиненной колонке велосипед должен двигаться прямолинейно.

(c) Дистанционный консультационный пункт

Столкновение

Ответ: Поставим некий мысленный эксперимент: едет очень тяжелый автомобиль со скоростью V, а навстречу ему велосипедист -- со скорость U. Так как автомобиль очень тяжелый, то в случае упругого удара велосипедиста он просто не заметит, а тот от него отскочит с той же скоростью, с какой в него въехал. То есть после удара скорость тяжелого автомобиля как была так и осталась V, а скорость велосипедиста стала . Если км/ч, км/ч, то конечная скорость велосипедиста 140 км/ч. Таким образом велосипедист, врезавшись в тяжелый автомобиль без особых проблем может увеличить свою скорость в 7 раз. Дети, не выезжайте на велосипеде на проезжую часть -- это может очень плохо закончиться.

(c) Балдин Е.М.

оглавление:
Справочник для покупки/продажи байка
Универсальный FAQ
Ты записался в добровольцы?!
История про пиво и две ступеньки
Фразы о байкинге и туризме..
Вечный вопрос: байк или женщина?
Научный подход
Байк для Купидона.....
Рассуждения о рюкзаке для байкера
Велотурист - описание вида
Байкер - описание вида
На ближайшие 100км проблем с едой не будет!
Сколько мы сжигаем..
Стоит ли байкеру жениться?
Вы настоящий байкер, если...
Книга рекордов Гиннеса '2000