Техникалық курс жақсы бұрылу дағдыларын талап етеді. Бірақ, физика бойынша, палубаға шықпас бұрын велосипедіңізді қанша жерге төңкере аласыз?
Ғалымдар велосипед тепе-теңдігін не құрайтынын сіз пенни фартинг болған кезден бері ойлап келе жатыр. Көптеген сарапшылар бұл айналмалы шеңберлер велосипедті гироскоп сияқты ұстауға кеңес берді, бірақ бұл оңай емес. Ноттингем университетінің бір топ инженерлері велосипедтің қозғалысына әсер ететін 25 бөлек айнымалыны анықтады: «Қарапайым түсініктеме беру мүмкін емес, өйткені еңкею мен бұрылу әсерлердің комбинациясы, соның ішінде гироскопиялық прецессия, жердегі бүйірлік реакция күштерімен байланысты. алдыңғы доңғалақта, руль осінің артында жатқан жермен жанасу нүктесі, гравитация және инерциялық реакциялар…'
Велосипед шамамен 14км/сағ (9 миль/сағ) жылдамдықпен қозғалатын болса, ол шабандозсыз тік күйде қала алатыны белгілі. Бірақ тағы да ғалымдар мұның себебін түсіндіре алмайды.
Осы фонға қарама-қарсы иілудің қосымша өлшемін енгізіңіз және асфальтқа соқпас бұрын бұрылыс кезінде еңкеюге болатын бұрышты есептеу күрделі мәселе екені анық. Тиісті жағдайларда 45° бұрыштарды көруге болады, бірақ бұл нүктеге қалай жетуге болады?
«Велосипед пен шабандозда үш нақты күш әрекет ететінін білеміз», - дейді АҚШ-тың Оңтүстік-Шығыс Луизиана университетінің физика кафедрасының доценті және велосипедші Ретт Аллаин.
‘Велосипед пен шабандозды төмен түсіретін тартылыс күші бар; біз «қалыпты» күш деп атайтын жоғары итерілетін жол бар және велосипедті ол қозғалып жатқан айналмалы жолдың ортасына қарай итеретін үйкеліс күші бар.'
Жалған күш
Ортадан тепкіш күш те бар.«Бұл әсер етеді, бірақ бұл жалған күш», - дейді Аллаин. Көптеген физиктер орталықтан тепкіш күштің жоқтығын және жай ғана центрге тепкіш күштің жоқтығын айтады – велосипедті орбитада ұстау үшін спутникті ішке қарай тартатын ауырлық күшіне ұқсас шеңбер бойымен қозғалуын қамтамасыз ететін ішке тарту күші.
Ол F=mv2/r теңдеуі арқылы есептеледі, мұндағы F – центрге тартқыш күш (Ньютон), m – велосипед пен шабандоздың массасы (кг), v – жылдамдық (м/с) және r – бұрыштың метрдегі радиусы.
«Айналудың физикасы мынада: сіз оны радиалды ішке қарай үдеу арқылы жасайсыз, бұл центрге тартқыш күшке дейін төмендейді», - дейді Дэвид Уилсон, Массачусетс технологиялық институтының инженерлік профессоры.
‘Күш шиналардан келуі керек. Велосипед шинаның реакциясы мен радиалды күштің комбинациясы велосипед пен шабандоздың нәтижесінде пайда болатын күшке сәйкес болуы үшін еңкейуі керек.’
Сонымен қатар үйкеліс коэффициенті - бұл екі дене арасындағы үйкеліс күші мен оларға әсер ететін күш – бұл жағдайда шина мен асфальт.
Құрғақ материалдардың көпшілігінің үйкеліс мәндері 0,3 және 0,6 аралығында болады, ал асфальтпен жанасатын резеңке бір және екі арасындағы көрсеткішті бере алады. Беткейлер бір-біріне қатысты қозғалғанда – цикл бойынша – бұл көрсеткіш аздап төмендейді.
Велосипед тік тұруы үшін бүйірлік күш (центрге тартқыш) үйкеліс коэффициентіне тең болуы керек және бұл көрсеткіш таңқаларлық үлкен болуы мүмкін. Мысалы, радиусы 20 м болатын қисық бойымен 20 миль/сағ жылдамдықпен 10 кг велосипедтегі 70 кг шабандоз 316 Ньютон центрге тартқыш күшке ие болады.
Бұл күш шиналар арқылы жасалуы керек, ал егер күш болмаса, велосипед пен шабандоз жай ғана түзу сызықта қозғалатын еді.
Бүкіл кітапты толтыратын әсерлі тригонометриялық есептеулерді қолданып, үйкеліс коэффициенті максималды қиғаш бұрыштың тангенс функциясына тең.
«Үйкеліс коэффициенті асып кеткенде доңғалақ сырғып кетеді», - дейді Марко Аркештейн, Абериствейт университетінің спорт ғылымы бойынша оқытушысы. ‘Бұл үйкеліс күшінің артуына [мысалы, бұрыштан өтетін сызықты қатайтуға байланысты] немесе қалыпты күштің төмендеуіне [айталық, жолдағы ойпатқа байланысты] байланысты болуы мүмкін.'
Үйкеліс коэффициенті беттің өзгеруіне байланысты да өзгеруі мүмкін. Сондықтан ақ сызықта бұрылыс қауіпті болуы мүмкін. «Бұл әсіресе ылғалды жерде», - дейді Аркестейн. 'Бояу кеуектілігі аз, сондықтан су шашырап кетпейді.'
Шабандоз салмағы
Мәселені одан әрі қиындату үшін шабандоздың салмағы мәселесі туындайды. «Физика жағынан кішкентай жігіттер көбірек сүйенуі керек», - дейді Аркестейн. 'Олар әдетте епті, бұл көмектеседі.'
Аллен соншалықты нақты емес, бұл шабандоздың салмағы «аздап» маңызды болғанымен, шабандоз-плюс-велосипедтің масса орталығы маңыздырақ екенін көрсетеді.
«Түптеп келгенде, бұл ең маңызды фактор», - дейді ол. Ауыр шабандоздар әдетте ұзын шабандоздар болады, әсіресе про-пелотонда, бұл олардың жақтау өлшемдері үлкенірек және олардың масса орталығы жоғарырақ. Жол жағдайын да ескеру қажет. Шекте болсаңыз, жолдағы соқтығысу тартымдылықты жоғалтуға және құлауға әкелуі мүмкін.
Ұлыбритания жолдары кейде біздің материктік еуропалық туысқандарымызбен салыстырғанда қиынырақ, өйткені олар жаңбырды сіңіріп, тайғақ бетті болдырмайды. Сондықтан біздің жолдар дөрекі. Бірақ аяздың зақымдануына байланысты олар көбінесе соқыр және нашар күйде болады, сондықтан Францияда құрғақ кезде велосипедпен жүру және көлік жүргізу неліктен үлкен қуаныш.
Осыдан кейін ең үлкен еңкею бұрышы қандай? Механикалық және инженерлік профессор Джим Пападопулос үшін бұл соңғы факторды – із қалдырмайынша жауап беру мүмкін емес.
Бұл руль түтігінен жерге түсірілген ойдан шығарылған сызық. Егер бұл нүкте доңғалақтың жермен жанасу нүктесінің алдында болса, ол «оң» болып саналады және тұрақтырақ. Артында және велосипед аударылып қалу ықтималдығы жоғары. Еңкейген сайын жол азаяды.
«Велосипедшілер оң жол аймағында қалады және 45°-тан аспайды», - дейді ол. «Әдетте бұл азырақ, дегенмен бұрылыс радиусы 5м-ден асса, сіз 45°-қа жете аласыз. Себебі соқпақ мәселесі азаяды, содан кейін біз тарту мәселесіне қайта ораламыз.'
Сондықтан 45° жылдам, кең, жақсы беті бар бұрылыста мүмкін, бірақ көптеген айнымалылар ойнап тұрғанда, өкінішке орай, нақты жауап жоқ. Сынақ және (тым ауыр емес) қателік.
