Физика на велосипеда

Моменти на сила при движение на велосипед

Велосипедът с две колела не се преобръща, когато се движи, защото водачът постоянно поддържа равновесие. Площта за опора на велосипеда е малка - представлява права линия, прекарана през точките на контакт на колелата на велосипеда със земята. Следователно велосипедът е в състояние на динамично равновесие.

Това се постига чрез управление: когато моторът е наклонен, човекът завърта волана в същата посока. След това велосипедът се завърта, докато центробежната сила връща велосипеда в първоначалното му вертикално положение. Процесът на управление за поддържане на баланс е непрекъснат, така че движението на мотора не е право. Ако воланът е фиксиран, моторът ще падне.

Има връзка между скоростта и центробежната сила. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е стойността на центробежната сила и съответно толкова по-малко е необходимо да се отклонява волана, за да се поддържа баланс.

За да завиете, трябва да наклоните велосипеда настрани, така че сумата от центробежната сила и силата на гравитацията да премине през опорната линия на колелото. Ако това не е така, тогава центробежната сила ще наклони мотора в другата посока. За да се улесни баланса, дизайнът на кормилното управление на велосипеда има свои собствени характеристики. Оста на кормилната колона е наклонена назад и не е разположена вертикално. Тя минава под оста на въртене на колелото и пред точката, където колелото на велосипеда докосва земята. С този тип дизайн се постигат следните цели:

Стабилност на велосипеда при спиране

Когато спирате по време на колоездене, важно е да запазите равновесие. Спирането е не по-малко важно от самото каране, а може би и най-важното, защото от това зависи здравето на велосипедиста. Ако знаете теорията за поведението на велосипеда в моментаспирането може значително да намали броя на синини и неравности (за съжаление, все още не можете без него).

Дефиницията е ясна. В енциклопедиите е написано, че "да спираш означава да забавиш движението с помощта на спирачка". Но в крайна сметка цялата работа е там, че обикновено не всички се интересуват много от това какво да забавят (въпреки че това трябва да се спомене), обикновено всички се интересуват от това как да забавят (натискате лоста и това е), а не как да го забавяте в определена конкретна ситуация на пътя.

Можете да опитате да нарисувате много теоретични съвети за всички възможни ситуации на пътя, но винаги има изключения от правилата и рано или късно велосипедистът се оказва в ситуация, в която няма достатъчно препоръки. Най-важното е, че спирането по време на каране на велосипед трябва да бъде автоматизирано, защото в спешни случаи просто няма време да мислите как да го направите правилно и да запомните теорията.

Интуицията помага да вземете правилното решение, но също така трябва да знаете някои теоретични правила за поведението на велосипеда по време на спиране.

Преобръщане на велосипед

Търкалянето на велосипед зависи от различни фактори: характеристики на рамката, амортисьори, диаметър на колелата, гуми, налягане в камерите, общото тегло на велосипеда и много други. Отскокът не може да се измери в числа. Опитните колоездачи могат да го усетят и оценят. За любителите разликата е особено видима, ако сменят например евтин велосипед с по-скъп и качествен.

Кадър. Има израз "подвижна рамка". Но е много трудно да се усети разликата между „нетъркаляща се“ и „търкаляща се“ рамка, тъй като ясно забележимите характеристики са характерни само за много скъпи модели. Рамките, направени от скъпи материали, са склонни да абсорбират удари и вибрации. Дизайнът на по-дълга рамка помагаза да може колоездачът да заеме по-аеродинамична форма на велосипеда, което има положителен ефект върху преобръщането. Но при конвенционален велосипед търкалянето от рамката не зависи толкова, колкото от другите компоненти.

Размер на колелото. Един от основните определящи фактори, влияещи върху накланянето на велосипеда. По-големите 28" или 29" колела се движат по-бързо от 26" колела, така че велосипедът се търкаля повече с тях. Сега популярните найнери с 29 инчови колела имат това качество.

Протектор за гуми. Най-добри са гладките, тесни гуми без протектор. Най-лошото от всичко е широка агресивна гума с висока шарка на протектора.

Физически сили, действащи върху велосипед

Тъй като класическият велосипед има две колела, за да може велосипедистът да кара, той постоянно трябва да поддържа баланс и да преодолява различни сили, които възникват в процеса на движение. Това, че велосипедът е прост, не означава, че е толкова прост. Физическите сили, действащи по време на каране на велосипед, се основават на фундаменталните закони на науката. Помислете за основните сили, които действат при каране на велосипед.

1. Сила на гравитацията (гравитация). Гравитацията е едно от четирите фундаментални явления в природата. Обяснява се със закона на Нютон. Силата, с която действа е правопропорционална на телесното тегло на велосипедиста. Колкото по-голямо е теглото на велосипедиста, толкова по-силна е силата на гравитацията. Той действа върху велосипедиста и компонентите на велосипеда перпендикулярно на земята. Силата на действието му се увеличава при колоездене нагоре и съответно намалява при спускане.

2. Сила на съпротивление на въздуха. Аеродинамичните сили, действащи върху велосипедиста, са главно сумата от въздушно съпротивление и челен или страничен вятър.При средна скорост и движение по равна повърхност аеродинамичното съпротивление е най-голямата сила, която предотвратява движението напред. С по-нататъшно увеличаване на скоростта аеродинамичното съпротивление става огромно и неговата величина далеч надхвърля всички други сили, които възпрепятстват движението напред.

Аеродинамични тестове в колоезденето

Когато подобряването на техническите характеристики на един велосипед достигна определена граница и практически нямаше разлика в работата на отделните компоненти от различни производители, те обърнаха внимание на съпротивлението на въздуха, което велосипедистът преодолява при каране. Този показател имаше впечатляваща числена стойност, така че имаше върху какво да се работи.

Както в самолетостроенето, така и в автомобилната индустрия, аеродинамичен тунел се използва, за да се тества как насрещният въздушен поток влияе на велосипедиста. Това скъпо устройство помага да се определи взаимодействието на обект (велосипедист) с въздушния поток, както и да се определи действащата сила в цифрова стойност. По време на тестовете се определя оптималното прилягане на колоездача, както и коефициентът на съпротивление на насрещния въздушен поток на отделните части на велосипеда и екипировката на спортиста.

Дизайнът на аеродинамичния тунел е стая, от едната страна на която са монтирани високопроизводителни вентилатори, те създават въздушен поток, който симулира насрещен вятър, чиято скорост се контролира чрез промяна на мощността на електрическите двигатели, които въртят лопатките на вентилатора

издръжливост на рамката на велосипеда

По време на работа на велосипеда върху рамката се прилагат натоварвания, които се повтарят многократно. Тези циклични натоварвания възникват от неравностите на пътното платно: ями, неравности,дупки в асфалта и т.н. Когато алуминиевите сплави започнаха да се използват в различни конструкции (особено в авиацията и космонавтиката), изследванията показаха, че еднократно натоварване не причинява деформации и разрушаване на материала, но определен брой цикли на натоварване в материала на конструкциите причиняват деформация, пукнатини и последващо разрушаване. Това явление се характеризира с термина „отказ от умора“. Броят на циклите на натоварване, които водят до повреда, се нарича „живот при умора“.

Същите изследвания показаха, че наличието на пукнатини, вдлъбнатини, дупки, заварки в най-натоварените части на конструкцията намалява дълготрайността на самата конструкция с порядък. Тази тенденция се нарича „локална концентрация на напрежение“. Дори малка дупка в конструкцията допринася за увеличаване на напрежението до нея поне 2 пъти, а драскотина с достатъчна дълбочина - 5-6 пъти. Пукнатината повишава локалното напрежение до границата на провлачване и следователно систематично се увеличава с увеличаване на скоростта.

---