Giroskopiniai efektai beveik nieko nedaro dėl jūsų sugebėjimo važiuoti dviračiu

2023 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-11-26 16:17

Problema, susijusi su žiroskopo poveikiu įprastam dviračiui, yra ta, kad jie paprastai nėra labai galingi, kai svarsto fiziką, susijusią su didžiausia dviratės masės centro viršutine dalimi (su juo ant jos). Jūs iš esmės sudaro apverstą švytuoklę, kuri yra daug sunkiau subalansuoti nei priešinga kryptimi.

Norint parodyti, kiek jėgos reikia čia, reikia, kad žmogus įsitvirtintų ant visureigio. Dabar pabandykite laikyti dviračiu ir žmogumi centru, tiesiog laikydami aplink vienos padangos ašį. Norėdami palyginti šią jėgą su kiekiu, gautu iš giroskopinių efektų, nuimkite dviračio padangą su šonkauliais ant šonų ir pakabinkite ant jų. Dabar kažkas sukasi labai greitai; Kai jis sukasi, pabandykite padengti padangą vienu ar kitu būdu.

Šiame vėlesnėje situacijoje jūs pajusite giroskopinį poveikį, tačiau jūs turėtumėte tai padaryti šiek tiek lengvai, nes jėga, kurią jaučiatės čia, greičiausiai bus tik keletas kilogramų arba 5-10 svarų (nors tai gali jaustis kaip daugiau su tavo rankos ištiestos ir tiesios priešais tave). Ankstesniame atveju su asmeniu, sėdinčiu dviračiu, nebent jie buvo labai lengvi arba esate Herculesas, aš spėju, kad negalėtumėte net paklusti, kad išlaikytų juos subalansuotą, ypač jei jūsų rankos visiškai išsikišusios.

Jei tai neįtikino, pažvelkime į matematiką (pavyzdžiui, atlikęs dr. Hugh Hunt iš Kembridžo universiteto):

Kai važiuojate gana greitai 12 mph (apie 6 m / s), tipinis dviračio ratas (600 mm diametras, 2 m perimetras) sukasi 3 kartus per sekundę, tai yra gręžimo greitis w = 20 radianų per sekundę.

Jo periferinė masė, aplink m = 1kg, yra sukoncentruotas apvaduose, t. Y. Spindulys r = 300 mm. Inercijos momentas J yra todėl J = Ponas² = 0,1 kg m² (arti pakankamai).

Tarkime, kad aš nusileidžiau ir bandau naudoti giroskopinį efektą, kad galėčiau pakelti mane vertikaliai. Apsvarstykite keletą gražų išprotėjantį bangų ištiesinimą sinusiniu būdu, tarkim, f_rankena= 1,6 vibulės per sekundę (atitinka kampinį frezos dažnį w _rankena= 2 p f_rankena = 10 radianų per sekundę) ir amplitudė, tarkim, +/- 6 laipsnių (ty M_rankena= 6/180 * p = 0,1 radianas).

Taigi, judesys yra t_rankena = M_rankena nuodėmė (w_rankena t), ir diferencijuojant tai suteikia maksimalią rankeną, kuri pagyvina greitį Q. = w_rankena M _rankena = 10 * 0,1 = 1 rad / s. Tai yra priekinio rato, veikiančio kaip giroskopas, priverstinės precedracijos lygis. Jo viršūnėje reikalinga poros, reikalingos šiam precesijos judesiui pasiekti dėl žiroskopinių efektų M = J w Q. = 0.1 * 20 * 1 = 2 N m Dviračiu aš sveriu, tarkim, 100 kg = 1000 N, todėl giroskopinis efektas man padės tik tuo atveju, jei aš nesuksiu daugiau nei 2 mm atstumu nuo to, kad jis bus visiškai vertikaliai (1000 N * 0,002 m = 2 N m).

Taigi giroskopinis poveikis dviračiui, net 12 mylių per valandą, praktiškai nėra tas, kas būtų reikalaujama tvirtai laikytis. Taigi, kaip ne dvi dvi sekundes nukrenta per dvi sekundes?

Iš dalies tai priklauso tik nuo jūsų pusiausvyros. Tačiau jūs tikriausiai pastebėjote, kad sunku išlaikyti pusiausvyrą ant dviračio stovint. Kai pradėsite važiuoti labai lėtai, pastebėsite, kad jūs, žinoma, atliksite didelius vairavimo pataisymus, kad išlaikytumėte save subalansuotu. Tai iš tikrųjų yra pagrindinis dalykas, kuris iš tikrųjų palaiko jus tiesiai ant dviračio bet kokiu greičiu, ty korekciniu vairavimu. Jei jaučiate pusiausvyros sutrikimą vienoje kryptyje, tai padės jums nukreipti dviračius į tą pusę, kad kompensuotumėte, o dėl to atsirandanti centrinės jėgos galų gale atsipalaiduoja, manydama, kad jūsų koregavimas buvo tinkamai paspartintas, atsižvelgiant į jūsų greitį ir kitus tokius veiksnius. Jei perversote, tada turėsite atlikti dar vieną pataisymą, kad kompensuotumėte dėl jūsų koreguojamo nesubalansuotumo. Kuo greičiau einate, tuo mažesnė korekcija, kuri reikalinga subalansuoti.

Pradžioje šie koregavimai paprastai yra palyginti dideli, o dažnai su jumis per daug kompensuojamos, nes jūsų kūnas vis dar mokosi važiuoti dviračiu. Štai kodėl, kai pirmą kartą mokotės, jūs linkite būti šiek tiek keblūs ir labai sugadinami. Laikui bėgant, šie pataisymai bus mažesni ir mažesni ir tikslesni, kol iš tikrųjų nepastebėsite, kad viską darote, kai važinėjate dviračiu virš super lėto greičio (akivaizdu, kad vis tiek pastebėsite juos, kai vos važiuojate dviračiu ir kaip nurodyta pirmiau).

Premijos faktai:

• Daugelis žmonių mano, kad jei jūs paėmėte dvi padangas ir sukite juos priešinga kryptimi, kad jūs turėtumėte tą patį giroskopinį efektą, koks būtų, jei jie suktųsi ta pačia kryptimi. Tiesą sakant, kas atsitiks, jei ratai sukabinami priešingomis kryptimis, abu galėtų atsikratyti vienas nuo kito giroskopo efekto požiūriu. Šis faktas buvo naudojamas siekiant parodyti žmonėms, kad jie gali važiuoti dviračiu be jokių problemų be giroskopo efekto, montuodami papildomus ratus, šiek tiek pakeltus nuo žemės, kad neatsispindėtų faktinės padangos.
• Kuo toliau eina dviračio + važiavimo dviračiu masės centras, tuo mažiau priekinio rato judesio reikia, kad išlaikytų pusiausvyrą. Tai greičiausiai labiausiai pastebima tam tikruose individualiuose motocikluose, kai priekinis ratas gerai išlieka iš dviračio.
• Dar vienas mažiau žinomas dviračio važiavimo veiksnys - tai "takas". Paprasčiau tariant, tai yra, kiek atstumas nuo priekinio rato perspektyvos paliečia žemę takai Vadovaujančių ašis kontaktai tašką, kur yra visa vairo mechanizmas (šakutė, vairas, priekinis ratas ir tt) šerdesų priemonė. Ilgesnė trasa leis dviratį pajusti daug stabilesnę, nei trumpesnę. Tačiau, jei takas yra per ilgas, dviračiu bus sunku vairuoti. Dviračiai su per mažu taku arba netgi neigiama taku jaustis savaime nestabili; tačiau dėl korekcinio vairavimo jūs vis dar galite juos važiuoti. Dėl vairavimo problemos su padidėjusia taku kalnų dviračiai ir turistiniai dviračiai paprastai turi daug mažiau tako nei gatvės dviračiai. Kalnų dviračių atveju tai leidžia daugiau "bėgti" ant dviračio, kad padėtų kompensuoti nelengvą reljefą. Turistinių dviračių atveju tai padėtų kompensuoti tai, kad jūs, greičiausiai, pakuojate kartu su savimi gana šiek tiek bagažo, todėl žemas svoris bus mažesnis. Štai kodėl turistiniai dviračiai dažnai jaučiasi nestabilūs, jei jūs neturite tokio bagažo ir žemėje.
• Nors giroskopo ir takas pajėgos yra ne beveik užtenka jus subalansuota ant dviračio, jie paprastai pakanka išlaikyti riderless dviratį vyksta tiesiai, kol jis sumažėja iki tam tikro taško, kuris svyruoja nuo dviračio dviračiu remiantis Ratų dydis ir takas.
• Šiuo metu kuriama "gyrobike" tema, kuri padeda žmonėms mokytis važiuoti dviračiais. Šis dviratis turi vidinį smagratelį, kuris žymiai padidina giroskopinį efektą. Šio dviračio išradėjai tada tikiuosi, kad viena gali būti sukurta kur giroskopo efektas pakaktų išlaikyti dviratį daugiausia subalansuotą net su raitelis, o vis dar nėra pernelyg sudėtingas dviratį kalbant apie svorį ir pan.
• Kita vieta, kur pamatysite šiek tiek pasąmoningą "automatinio ištaisymo" fenomeną, atsiranda tada, kai bandote stovėti vienoje kojoje vienoje vietoje. Tokiu atveju jūs turite atsargiai atsilyginti, kad nenukristų. Kai tik pradėsite šokinėti, daugumai žmonių yra sunku išlaikyti subalansuotumą. Taip yra dėl to, kad, kai jūs šokinėjate, jūs ne tik šiek tiek natūraliai sukuriate koregavimo judesius, bet jūs taip pat turėsite savo kojų žemę, kur reikia išlaikyti pusiausvyrą.