Tehniskajam kursam nepieciešamas labas iemaņas līkumos. Bet, saskaņā ar fiziku, cik tālu jūs varat nogāzt velosipēdu, pirms nokļūstat klājā?
Zinātnieki ir prātojuši par to, kas veido velosipēda līdzsvaru, kopš seniem penny farthing laikiem. Daudzi eksperti ieteica, ka šīs griežamās stīpas liek velosipēdam darboties kā žiroskopam, taču tas nav tik vienkārši. Inženieru grupa no Notingemas Universitātes identificēja 25 atsevišķus mainīgos lielumus, kas ietekmē velosipēda kustību, norādot, ka: Vienkāršs izskaidrojums nešķiet iespējams, jo slīpumu un stūrēšanu savieno dažādu efektu kombinācija, tostarp žiroskopiskā precesija, sānu zemes reakcijas spēki. pie priekšējā riteņa, zemes saskares punkts aiz stūres ass, gravitācijas un inerces reakcijas…'
Ir zināms, ka tikmēr, kamēr velosipēds pārvietojas ar ātrumu aptuveni 14 kmh (9 jūdzes stundā), tas var palikt stāvus bez braucēja klātbūtnes. Taču atkal zinātnieki nevar izskaidrot, kāpēc.
Ņemot vērā šo fonu, iemetiet papildu līkumu dimensiju un aprēķiniet leņķi, uz kuru varat noliekties, izbraucot līkumu, pirms uzbraucat uz asf alta, tas ir nepārprotami sarežģīts pasākums. Pareizos apstākļos ir iespējams redzēt 45° leņķus, bet kā mēs līdz tam nonāksim?
„Mēs zinām, ka uz velosipēdu un braucēju iedarbojas trīs reāli spēki,” saka Rets Allains, dedzīgs riteņbraucējs un fizikas asociētais profesors Dienvidaustrumu Luiziānas Universitātē (ASV).
'Ir gravitācijas spēks, kas nospiež velosipēdu un braucēju lejā; tur virzās ceļš uz augšu, ko mēs saucam par “parasto” spēku, un ir berzes spēks, kas spiež velosipēdu uz apļveida ceļa centru, pa kuru tas pārvietojas.’
Viltus spēks
Ir arī centrbēdzes spēks."Tam ir ietekme, bet tas ir viltots spēks," saka Allains. Daudzi fiziķi apgalvo, ka centrbēdzes spēks neeksistē un ir vienkārši centrbēdzes spēka trūkums - uz iekšu velkošs spēks, kas nodrošina, ka velosipēds pārvietojas pa apli, kas ir līdzīgs gravitācijas spēkam, kas velk satelītu uz iekšu, lai saglabātu to orbītā.
To aprēķina, izmantojot vienādojumu F=mv2/r, kur F ir centripetālais spēks (ņūtonos), m ir velosipēda un braucēja masa (kg), v ir ātrums (m/s) un r ir stūra rādiuss metros.
“Pagrieziena fizika ir tāda, ka jūs to darāt, paātrinot radiāli uz iekšu, kas ir atkarīgs no centrtieces spēka,” saka Deivids Vilsons, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta emeritētais inženierzinātņu profesors.
'Spēkam ir jānāk no riepām. Velosipēdam ir jābūt noliektam tā, lai riepas reakcijas un radiālā spēka kombinācija atbilstu velosipēda un braucēja radītajam spēkam.’
Arī berzes koeficients, kas ir berzes spēka attiecība starp diviem ķermeņiem un tiem pieliktā spēka attiecība – šajā gadījumā riepa un asf alts.
Lielākajai daļai sauso materiālu berzes vērtības ir no 0,3 līdz 0,6, savukārt gumija, kas saskaras ar asf altu, var radīt skaitli no viena līdz diviem. Virsmām pārvietojoties vienai pret otru – atbilstoši riteņbraukšanai – šis rādītājs nedaudz samazinās.
Lai velosipēds paliktu vertikāli, sānu spēkam (centripetālam) ir jābūt vienādam ar berzes koeficientu, un šis skaitlis var būt pārsteidzoši liels. Piemēram, 70 kg smags braucējs ar 10 kg smagu velosipēdu, braucot ar ātrumu 20 jūdzes stundā ap līkumu, kura rādiuss ir 20 m, piedzīvo centripetālo spēku 316 ņūtonu apmērā.
Šis spēks ir jārada riepām, un, ja spēka nebūtu, velosipēds un braucējs vienkārši brauktu pa taisnu līniju.
Izmantojot dažus iespaidīgus trigonometriskus aprēķinus, kas aizpildītu visu grāmatu, berzes koeficients ir vienāds ar maksimālā slīpuma leņķa tangentes funkciju.
'Ritenis izslīdēs, kad tiks pārsniegts berzes koeficients, saka Marko Arkesteins, Aberistvitas universitātes sporta zinātnes pasniedzējs. “Tas var būt berzes spēka palielināšanās [piemēram, līnijas pievilkšanas dēļ caur stūri] vai parastā spēka samazināšanās [piemēram, ceļa ieplakas dēļ].”
Berzes koeficients var mainīties arī virsmas maiņas dēļ. Tāpēc pagriezieni uz b altas līnijas var būt bīstami. "Tas jo īpaši attiecas uz slapju ceļu," saka Arkesteins. “Krāsa ir mazāk poraina, tāpēc ūdens neizklīst.”
Braucēja svars
Lai sarežģītu situāciju, ir jautājums par braucēja svaru. "Fizikā mazākiem puišiem vajadzētu būt spējīgiem vairāk noliekties," saka Arkesteins. "Viņi parasti ir arī veiklāki, kas palīdz."
Allains nav tik precīzs, kas liek domāt, ka, lai gan braucēja svaram ir “nedaudz nozīme”, lielāka nozīme ir braucēja un velosipēda masas centram.
„Galu galā tas ir vissvarīgākais faktors,” viņš saka. Smagāki braucēji mēdz būt garāki braucēji, īpaši pro peletonā, kas nozīmē, ka viņu rāmja izmēri ir lielāki un viņu masas centrs ir augstāks. Jāņem vērā arī ceļa apstākļi. Ja esat sasniedzis ierobežojumu, ceļa satricinājums var izraisīt saķeres zudumu un kritienu.
Apvienotās Karalistes ceļi dažkārt ir satvērīgāki nekā mūsu kontinentālās Eiropas brālēni, jo tie ir poraināki, lai absorbētu lietu un novērstu slidenu segumu. Tāpēc mūsu ceļi ir skarbāki. Taču tie bieži ir nelīdzenāki un sliktākā stāvoklī sala radīto bojājumu dēļ, tāpēc braukšana ar velosipēdu un braukšana Francijā ir absolūts prieks, ja laiks ir sauss.
Pēc visa tā, kāds ir maksimālais slīpuma leņķis? Mašīnbūves un inženierzinātņu profesoram Džimam Papadopulam uz to nevar atbildēt, kamēr nav norādīts viens pēdējais faktors - taka.
Šī ir iedomāta līnija, kas tiek projicēta pa stūres cauruli uz zemi. Ja šis punkts atrodas riteņa saskares punkta priekšā ar zemi, tas tiek uzskatīts par “pozitīvu” un ir stabilāks. Aiz un velosipēds, visticamāk, apgāzīsies. Taka samazinās, jo vairāk jūs sliecaties.
‘Velosipēdisti mēdz palikt pozitīvā taku rajonā un nepārsniedz 45° slīpuma leņķi,”viņš saka. “Parasti tas ir mazāks, lai gan, ja pagrieziens ir lielāks par 5 m rādiusā, jūs varat sasniegt 45°. Tas ir tāpēc, ka taka kļūst mazāk problēma - tad mēs atgriežamies pie jautājuma par saķeri.’
Tātad 45° ir iespējami ātrā, platā, labi pārklātā pagriezienā, taču, ņemot vērā tik daudz mainīgo, diemžēl nav konkrētas atbildes. Tas, cik tālu jūs varat sasniegt, ir mēģinājums un (cerams, ka ne pārāk sāpīga) kļūda.
