Почему велосипед не падает? Как правильно ухаживать за своим велосипедом Изобретаем велосипед

На вопрос «кто изобрёл велосипед» есть, как минимум, четыре ответа:

• профессор фон Дрез – изобретатель двухколёсного самоката;
• Киркпатрик Макмиллан – кузнец, первым добавивший к «дрезине» педали;
• Пьер Лалман – мастер по изготовлению колясок, запатентовавший велосипед с педалями;
• Джон Старли – предприниматель, выпустивший первый велосипед современного образца.

Кроме того, изобретение очередных велосипедов не забывают приписывать Леонардо да Винчи и русскому фолк-персонажу Артамонову.

фон Дреза

Общепринятым на текущий момент годом изобретения велосипеда считается 1818, когда лесничий из города Карлсруэ в Бадене, немец Карл фон Дрез, описал и запатентовал своё изобретение – двухколёсную машину, приводимую в движение с помощью ног седока. Правильнее всего называть это изобретеним, но все элементы, кроме педалей и привода, были на месте: два колеса, рама с седлом, руль, позволяющий вращать переднее колесо.

Судьба изобретения одно время висела на волоске. Начав работу над «машиной для ходьбы», которую придумал ещё в 1810, в 1816 году изобретатель провёл полевые испытания, проехав на своём велосипеде почти 20 километров, восхитив жителей остроумием и скоростью передвижения. Она превышала 10 км/ч. В отличие от простонародья, городское правление не было впечатлено машиной и предписало фон Дрезу прекратить изобретение безделушек, как им казалось, под угрозой увольнения.

Потеря удачного места на государственной службе была серьёзной опасностью, и в течение нескольких лет изобретения никто не видел. «Помогли» распространению велосипеда тяжёлые годы. 1816-й год выдался засушливым. Урожаи были плохие, и деревенские жители, вслед за забиваемой скотиной, стали избавляться от лошадей. Когда пришла пора перевозить тяжести, вспомнили о причудливой коляске лесничего, и дрезина стала распространяться по округе.

Окончательно закрепил популярность изобретения баварский герцог, которому так понравилась новинка, что он профинансировал выпуск первой массовой партии, а уже в 1819 году велосипеды появились в Париже и Лондоне, где дальше и совершенствовались множеством местных механиков.

История развития

Первые упоминания о подобных механизмах встречаются уже в конце XVIII века, а неясные намёки находят даже в итальянских летописях середины 1400-х годов и в работах да Винчи. Современная хронология изобретений выглядит следующим образом:

• 1818 – фон Дрез патентует свой самокат, начинается распространение конструкции по Европе.
• 1840 – шотландский кузнец Киркпатрик Макмиллан добавляет к конструкции «машины для ходьбы» педали, но изобретение не расходится дальше окрестных деревень.
• 1860-1866 – парижанин Пьер Лалман (по другим источникам – Мишо) при ремонте самоката закрепляет на нём педали, в течение нескольких лет новое изобретение под названием «велосипед» выпускается его фирмой в объёмах 400 изделий в год.
• 1869 – проходит первая гонка по территории Франции.
• 1870 – выпуск первого полностью металлического велосипеда.
• 1876 – первый байк с приводом на заднее колесо, эксперимент англичанина Г. Бейтса.
• 1879 – первый байк с цепным приводом, который создал изобретатель Г. Лоусон.
• 1885 – старт продаж велосипеда «Ровер», полного конструктивного аналога современного велосипеда.
• 1888 – первая пневматическая шина, придумал её изобретатель Дэнлоп из Шотландии.
• 1915 – под маркой Bianchi в бельгийскую армию поступают первые велосипеды с двумя подвесами.

Формы

Самокат

Всё начиналось с простейшей рамы и одинаковых колёс. Вариантов таких механизмов было множество. Назывались они «дрезиной» или «денди-хорс» (в Англии). Отлично снимая нагрузку и позволяя перевозить значительный груз, данные изобретения закрепились на европейском рынке XIX века, дав толчок новым разработкам.

Педальный велосипед

Лишь через 50 лет появилось значительное усовершенствование – педали. Они позволили изолировать пассажира от дороги и резко увеличить скорость катания, а также обеспечить комфорт от него.

Привода не существовало, и для увеличения скорости движения – особенно по неплохим, по тем временам, городским дорогам – увеличивалась окружность ведущего (переднего) колеса. Так появились всем известные «Фарт-феннинги» – от расхожих монет, которые сильно различались в окружности – велосипеды, переднее колесо которых в несколько раз превышало задние.

Новая конструкция начала порождать новые изобретения – появились четырёхколёсные велосипеды и первые тандемы, создавались настоящие произведения искусства.

Ровер

Финальное усовершенствование – цепной привод на заднее колесо – потребовало ещё 30-ти лет разработки. За несколько десятилетий педальный велосипед, любимец денди и городских щёголей, превратился в «рабочую лошадку» и в годы Первой мировой войны активнейшее использовался по всей Европе.

Современные типы

После Первой мировой войны технический прогресс затронул и велосипеды. Ежегодно появлялись новинки, находившие своего покупателя. В 60-х годах появились гоночные модели, а в 70-х – горные байки. Рубеж 80-х и 90-х ознаменовался появлением велокомпьютеров и сложных систем переключения скоростей.

Велосипедный мир не стоит на месте, и уже появляются новые изобретения, такие как электрические велосипеды.

Заключение

История велосипеда – это история эффектного изобретения, на базе которого талантливые инженеры смогли создать современные прекрасные байки. Не так важно, кто конкретно изобрёл велосипед – фон Дрез в 1818 году, Мишо в 1860 или производители «Ровера» в 1885. Все они одинаково достойны звания «гениального изобретателя», потому что оставили свой след в истории современного мира.

Должно быть, определенной категории творческих людей весьма неприятно слышать ироническую поговорку – «подумаешь, изобрел велосипед» . Да, это средство передвижения принципиально за полтора века не изменилось, использует передачу мускульной силы человека на колесо.

Но почему так, к примеру, не говорят об автомобилях? Ведь и в этом случае принципиальная схема приведения в движение не меняется, работа новаторов направлена на совершенствование тягового двигателя, подвески, удобства управления, комфортности салона, повешение уровня безопасности и т.п.

Многие будут, наверное, удивлены, но, оказывается, немало креативных инженеров, конструкторов, дизайнеров и просто неравнодушных к велосипеду людей постоянно ищут новые решения по совершенствованию двухколесных машин, работая в тех же направлениях. И изобретений на «велосипедном фронте» очень много, причем иногда они просто поражают своей смелостью и неожиданностью.

Цепной привод становится неактуальным?

Первые велосипеды приводились в действие педалями, размещенными непосредственно на оси колеса, затем был сделан большой шаг вперед – внедрена цепная передача крутящего момента. Со временем она совершенствовалась, появилась возможность регулировки прикладываемого усилия – переключения скоростей.

Казалось бы, что еще надо, система прошла испытание временем, проста и надёжна. Но конструкторы и изобретатели не успокаиваются.

Несколько лет назад группа венгерских инженеров представила в итальянской Падуе принципиально новый вид передачи усилия с педалей на ведущее колесо. Системе дано название Stringdrive , она чем-то напоминает ременную передачу, но это лишь внешнее сходство.

При вращении педалей усилия с них передаются на фигурные рычаги, которые совершают качательные движения. На рычагах размещены каретки с двумя шкивами. Каретки могут перемещаться вверх-вниз по зубчатой планке при переключении скоростей.

С обеих сторон ведущего заднего колеса установлены подпружиненные муфты, на каждый из которых намотаны и жестко закреплены тросики, который далее проходят через шкивы на рычагах педалей и жестко крепится к раме велосипеда.

Принцип действия таков. При движении педали вперед тросики натягиваются, раскручивая муфту на ведущем колесе, которая и передает ему вращательное движение. При обратном ходе педали муфта, под действием пружины, возвращается в исходное положение, вновь закручивая тросики на свои шкивы. Попеременное действие левой и правой педалей обеспечивает ровное поступательное движение велосипеда.

Перемещение кареток по зубчатой линейке рычага обеспечивает выбор передачи крутящего момента – всего на этой модели велосипеда Stringbike 19 «скоростей».

Интересно, что переключение их можно осуществлять как в движении, так и во время остановки. Кстати, есть возможность не только синхронного изменения передачи на обе стороны рамы, но и подстройки каждой педали индивидуально – это может быть актуальным для людей, у которых, в силу анатомических особенностей, заметна разница в развитии нижних конечностей.

Отличает такой велосипед и симметричность конструкции, что повышает его устойчивость и маневренность. Испытания показали, что машина обладает отменной плавностью хода, после которого становится даже несколько неудобно ездить на велосипеде, собранном по классической схеме.

Еще одно значимое преимущество – полимерные тросики, в отличие от цепи, не нуждаются в смазке, чистке, не боятся песка и воды, а их ходовой ресурс выше, чем у цепной передачи, в 2–3 раза .

Есть и еще несколько очень оригинальных разработок передачи усилия на колесо. Например, немецкие и японские конструкторы усовершенствовали карданную передачу, которая уже применялась иногда и ранее.

Новшество в том, что они снабдили ее автоматической компьютеризированной коробкой передач, которая сама выбирает оптимальный режим движения в зависимости от рельефа трассы и дорожной обстановки. Кроме того, эти новинки фирм Yamaha и Mercedes оснащены «умными» системами освещения и сигнализации, самостоятельно включающимися при снижении общей освещенности.

Можно ли изменить раму?

Группа американских конструкторов пришла к выводу, что классическая треугольная схема рамы в ряде велосипедов – излишество, утяжеляющее общий вес машины.

В самом деле, труба, идущая от педалей к рулевой муфте, имеет постоянное напряжение лишь на разрыв , так почему бы не заменить ее прочным тросом?

Мало того что конструкция велосипеда значительно облегчается. Использование пружинного демпфера в передней части стального нержавеющего тросика и шарнирного соединения горизонтальной трубы рамы с вертикальной позволяют амортизировать удары , принимаемые передним колесом, при этом общая прочность конструкции ничуть не страдает.

Такой велосипед легко складывается практически пополам и упаковывается в чехол – очередной плюс при его хранении или транспортировке.

Но и это еще не все. Испытания показали значительное повышение КПД подобного велосипеда.

Пружина, установленная в передней части троса имеет способность аккумулировать энергию , которая ранее тратилась впустую в «мертвой» части такта вращения педалей, и даже энергию ударов, пришедшихся на переднее колесо.

Растягиваясь, тросик с пружиной несколько увеличивают колесную базу велосипеда, а сокращаясь – придают ему дополнительное поступательное усилие.

Не боимся упасть!

Движущийся велосипед сохраняет устойчивость по ряду причин, в том числе и из-за того, что вращающиеся колеса имеют гироскопические свойства – способность сохранять ориентацию своей оси в пространстве.

Но начинающему велосипедисту этого не объяснить, для него главное – преодолеть свой первоначальный страх падения – дальше все придет. Как помочь новичку, неважно, ребенок это, или взрослый, который по каким-либо причинам не освоил этой науке в детстве?

Выход один – предоставить ему двухколесный велосипед с еще большей устойчивостью, подарить несколько секунд уверенности, в течение которых он сможет удержаться или беспроблемно остановиться.

Решение напрашивается само собой – усилить гироскопическое действие колеса . Именно этим путем пошли некоторые конструкторы при создании велосипедов повышенной безопасности.

Один из вариантов – установка на одной оси с передним колесом, внутри спиц, дополнительного маховика – гироскопа .

Он раскручивается вместе с колесом при начале движения, но так как обладает большой массой и, стало быть, инерционностью, продолжает вращаться даже при значительном снижении скорости велосипеда, обеспечивая ему вертикальную устойчивость.

Воплотить такую идею в жизнь удалось группе студентов Дартмутского колледжа , они назвали свою разработку GyroBike . Кстати, их конструкция была лицензирована и вошла в серийное производство, а наименование первой модели стало брендом созданной ими впоследствии компании «GyroBike» .

Даже первичные испытания показали, что начинающие велосипедисты овладевают навыками езды на таких машинах значительно быстрее. Кроме того, подобные велосипеды – просто находка для людей с некоторыми ограниченными способностями, имеющих нарушения в опорно-двигательном аппарате.

Один лишь недостаток – гироскоп начинает вращаться только при движении велосипеда. А можно ли его раскрутить заранее, например, для самых маленьких ездоков, только осваивающих первые метры? Конечно, можно, для этого созданы колеса Gyrowheel со встроенным электрическим гироскопом.

Первой продукцией были 12-дюймовые колеса для детских велосипедов . Их компоновка обеспечивает размещение электродвигателя, аккумуляторов и массивного маховика-гироскопа. Электропривод дает возможность запуска системы стабилизации до начала движения, а значительное увеличение угловой скорости вращения гироскопа существенно увеличивает устойчивость велосипеда.

Успех первых моделей был столь заметен, что было принято решение о выпуске 16-дюймовых колес , и даже колес для стандартных «взрослых» велосипедов. Кроме того, в планах компании – кооперация усилий с производителями байков с целью выпуска фирменной модели велосипеда повышенной безопасности.

Некоторые разработчики создают даже электрические велосипеды , у которых необходимая энергия поступает с солнечных батарей, встроенных в колеса.

А если не менять принципиально конструкцию велосипеда, а придать ускорению самому ездоку? Таким путем пошли разработчики ранцевых двигателей.

Если честно, идея эта рассматривалась уже давно, энтузиастами неоднократно изготавливались самодельные устройства. Но несколько лет назад американская компания PacificWind выпустила на рынок модельный ряд ранцевых винтовых двигателей, разработанных специально для движения на велосипеде.

Идея понравилась, кстати, и любителям роликовых коньков, лыжникам, скейтбордистам.

Ранец невелик по размеру, не отличается большой шумностью, но, вместе с тем, в него заложена мощность в полторы лошадиных силы. Это дает возможность велосипедисту, без использования педалей, разгоняться до скорости более 50 км/час . Винт, в целях безопасности, имеет ограждение, оббитое мягким материалом.

Двигатель имеет интересный принцип управления – гибкий тросик соединён со специальной перчаткой, и велосипедист выбирает нужные режимы работы привода буквально «мановением пальцев».

Система очень экономична – в среднем от полутора до двух литров топлива на 100 километров пробега , при этом вес ранца – всего от 5 до 8 килограмм , в зависимости от модели и ее мощности.

Существуют и более «сумасшедшие» идеи – оснащение велосипеда портативными реактивными ускорителями – но это, скорее, лежит в плоскости экспериментального творчества, не предназначенного для повседневного использования.

Рассказ о нескольких разновидностях экстремального спорта, связанного с прыжками с большой высоты:

Это не миф — велосипеды учатся преодолевать водные преграды, позволяют своему владельцу совершать поездки по спокойной воде. И это уже – не только смелые эксперименты, а серийная модель.

Итальянская компания SBK Engineering из города Виджевано освоила выпуск комплекта, который в считанные минуты превращает шоссейный велосипед в самодвижущийся катамаран.

Весь комплект, за исключением нескольких деталей, которые постоянно закреплены на велосипеде, легко умещается в небольшой ранец, весом всего 11 килограмм . Процесс перевода велосипеда из сухопутного в «водоплавающий» занимает 10–15 минут и не требует никаких специальных инструментов.

Привод – винтовой, крепится к переднему колесу, и служит как для придания тягового усилия, так и для управления этим плавучим транспортом.

Велосипедист обычным образом садится в седло, крутит педали и управляет направлением движения, как и на суше – с помощью руля .

Вращение передается с педалей на заднее колесо, а с него, через гибкий тросик - уже на сам привод. Кстати, этот же тросик используется и в процессе сборки, для передачи усилия на насос для накачки двух входящих в комплект поплавков: достаточно сесть на велосипед, как на велотренажер, и, вращая педали, быстро накачать оба поплавка.

Грузоподъемность получающегося катамарана – до 125 килограммов , и при этом он может развивать скорость до 10 км/час – для воды это очень неплохой показатель.

Неугомонные конструктора и дизайнеры не прекращают своей деятельности по изобретению новых велосипедов. Теряешься в догадках – какие еще усовершенствования у них в разработке? Но то, что новаторские идеи у них есть и будут – в этом сомнений нет никаких.

January 22nd, 2018

Мы с вами некоторое время назад решали интересную задачку - . А теперь вам еще один вопрос - почему велосипед не падает?

Казалось бы, ничего сложного. Во-первых — эффект кастора , во-вторых — гироскопический эффект вращений колес. Однако американскому инженеру Энди Руина удалось создать велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. При всем при этом велосипед теряет равновесие не быстрее, чем простой велик. Отсюда вывод: оба эффекта, и кастора, и гироскопа играют важную роль в уравновешивании баланса снаряда, но не являются определяющими. Почему же все-таки не падает велосипед?

Давайте разбираться …

Для начала немного подробнее об опытах Эни Руина.

Считается, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма. Первый — автоматическое подруливание: если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же; начинает поворачивать весь велосипед, и центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Оно также возвращается и при езде по прямой, после случайного отклонения в сторону. Такое подруливание связано с конструкцией передней вилки, оси вращения руля: если мысленно продолжить ее вниз, то она пересечется с поверхностью земли перед точкой, в которой ее касается само колесо — между ними появляется угол (кастор), оказывающий стабилизирующий эффект и при возникновении направленных в сторону сил колесо стремится вернуться в исходное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колес.

Все довольно просто — однако американский инженер Энди Руина (Andy Ruina) с коллегами взялись опровергнуть оба утверждения. Они сконструировали велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. В отличие от всех «настоящих» велосипедов, у этого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что «отменяет» действие кастора. А кроме того, и переднее, и заднее колеса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону и тем самым обнуляющими гироскопический эффект (хотя данное утверждение многими оспаривается и считается в корне не верным, но )

Конечно, внешне вся эта машинка напоминает скорее какой-нибудь кастом-байк (читайте о них: «Не спеша «) или даже самокат, а не традиционный велосипед: колеса маленькие, седла нет… Но тем не менее, конструкционно это, все-таки, велосипед, с которым можно экспериментировать. Взять и подтолкнуть — и посмотреть, как быстро он упадет на бок! Как ни удивительно — не так уж и быстро; по сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда, он даже демонстрирует то же автоматическое подруливание.

По результатам эксперимента авторы делают однозначный вывод: оба эффекта — и кастора, и гироскопа — играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба они не являются критически важными для него. Заметим, что конструкции велосипедов без гироскопического момента уже тестировались ранее, но опровержение важнейшей роли кастора в сохранении баланса велосипеда проделано впервые, и весьма наглядно.

Так отчего же велосипед не падает?

Для того, чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.

При повороте нужно наклонить велосипед в сторону поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию опоры. В противном случае центробежная сила опрокинет велосипед в противоположную сторону. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы. Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли.

Благодаря такой конструкции достигаются две цели:

При случайном отклонении переднего колеса от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.

Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.

Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание, помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а сила трения возвращает переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.

Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить - расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определенный: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой - к колебательной неустойчивости, в частности - «шимми». Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.

Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс на поддержание равновесия является неправильным. На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/час) переднее колесо может испытывать т. н. скоростные виляния (speed wobbles), или «шимми» - явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний - не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу, но если этого не сделать, они могут быть смертельно опасными.

Даже если отбросить влияние велосипедиста на устойчивость, то во время езды велосипед гораздо устойчивей, чем во время остановки. Управляться он может также по-разному, и не только поворотом руля . Если вспомнить езду «без рук», то становится понятно, что факторов, обеспечивающих устойчивость велосипеда, несколько. Рассмотрим главные. Но прежде, еще одно короткое замечание: у велосипеда существуют две устойчивости и одна управляемость. Первая устойчивость — это вертикальная, вторая — продольная, или курсовая устойчивость, а управляемость — только продольная (курсовая). Само собой, чем лучше продольная устойчивость, тем хуже управляемость, и наоборот. Сложность заключается во взаимосвязи этих трех важных параметров. Один влияет на другой, другой на третий и рассказать, положим, о вертикальной устойчивости, не упоминая продольную, затруднительно. Но в любом случае, каждому практикующему велосипедисту важно сохранить равновесие, или баланс и катить в правильном направлении.

Равновесию на малой скорости или даже стоя на месте, как лихо демонстрируют некоторые умельцы, помогает геометрия вилки и рулевой колонки. Поворачивая руль, мы сдвигаем центральную линию велосипеда, проходящую через точки контакта с поверхностью переднего и заднего колес. Так мы подстраиваем ее под слегка сдвинувшийся в сторону центр тяжести велосипедиста и его верного двухколесного коня. Балансирование на месте всем хорошо известно и знакомо — это сюрпляс.

Представим себе обычный случай: велосипедист поворачивает со скоростью v по кругу с радиусом R. Для сохранения равновесия велосипедист должен наклониться на угол α от вертикали или, что тоже самое, на угол φ=90° - α от горизонтали, чтобы компенсировать центробежную силу (смотрите рисунок выше). Условия равенства сил приводят к известной еще со школы элементарной формуле ctg α=(v 2 /gR)=tgφ≤μ (1), где μ — максимально возможный в данный момент коэффициент сцепления шины с дорогой. Для реальной оценки его надо уменьшать на 20 — 25% по сравнению с многочисленными табличными значениями, g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек. Велосипедист поворачивает благодаря силам трения между дорогой и передним колесом. Если дорога скользкая или покрыта льдом, то контролируемый поворот становится затруднительным или невозможным. Вместо поворота может произойти занос переднего колеса, потеря равновесия и падение.

Пусть теперь велосипедист, спокойно катясь по прямой, ровной и гладкой дороге и любуясь проплывающим мимо пейзажем, случайно отклонился от вертикали на небольшой угол α l . Чтобы не упасть, велосипедист старается повернуть руль в сторону наклона велосипеда на угол β. Спрашивается, на какой угол надо повернуть руль, дабы не упасть? Для ответа достаточно посмотреть на рисунок выше и вспомнить любимую теорему синусов G=2R 2 sinβ (2), где G — расстояние между осями колес (база велосипеда), R 2 — радиус, по которому начинает двигаться велосипед после поворота переднего колеса. Он должен быть меньше, чем радиус, по которому спокойно и уверенно поворачивает велосипедист, отклонившись от вертикали на угол α l , согласно формуле (1). Иначе выправить равновесие не удастся. Теперь подставим формулу (2) в формулу (1). И получим: sin β=(gGtgαl/2v 2) (3). Эта очень простая формула может рассказать много полезного.

Первое. Велосипедисту, катящемуся со скоростью v и отклонившемуся от вертикали на угол α l , нужно повернуть руль на угол больший или равный углу β, который легко подсчитать по формуле (3).

Второе. Чем больше скорость велосипедиста, тем на меньший угол надо повернуть руль и для восстановления равновесия и для прохождения виража. Из этого следует, что велосипедом намного легче управлять на высокой скорости, чем на маленькой. И это хорошо известно всем, кто садился на велосипед.

Третье. Чем больше база велосипеда — G, тем на больший угол надо поворачивать руль, дабы восстановить равновесие или вписаться в поворот. И так же интуитивно ясно, что по узким, лесным извилистым дорожкам легче катить на велосипеде с малой базой.

Четвертое. Навык правильного поворота руля быстро становится автоматическим, подсознательным, и многие велосипедисты не подозревают, что даже при беззаботной езде по прямой им нужно постоянно поворачивать руль. Достаточно посмотреть на след, оставленный колесами велосипеда. Легко увидеть, что относительно прямая колея, оставленная задним колесом, всё время пересекается извилистым следом переднего. А это значит, что переднее колесо во время движения постоянно поворачивает из стороны в сторону, велосипед все время «въезжает» под регулярно падающего велосипедиста и, благодаря этому, сохраняет равновесие.

И, наконец, пятое. Если руль не поворачивается, если рулевая колонка, положим, по каким-то причинам заклинена, ездить практически нельзя (в современном понимании этого слова). Двухколесные самокаты начала XIX века, не имевшие рулевого управления, могли катить только по прямой.

И это приводит нас к любопытной аналогии между сохранением равновесия на велосипеде и удержанием швабры, бильярдного кия или авторучки («Паркер» с золотым пером, например) на раскрытой ладони. Действительно, как удержать кий? Сначала он стоит на ладони вертикально, а затем начинает отклоняться, и ладонь быстро перемещается в сторону наклона. Опора кия смещается, и он начинает наклоняться в другую сторону. Ладонь снова перемещается, и такое балансирование может длиться весьма долго.

То же самое делает и велосипедист. Но возникает естественный вопрос: чем проще балансировать — шваброй или авторучкой? Ответ не вполне очевиден, но, твердо освоив школьный курс на «хорошо», получить правильный результат несложно. Прежде всего, на что похожи стоящая швабра, авторучка и катящийся велосипед? Правильно! На перевернутый физический маятник. Вместо точки подвеса есть точка опоры. И такие перевернутые маятники всем хорошо знакомы — например, механический метроном, которым задают ритм при изучении музыки. Чем выше поднимают грузик на планке, тем больше период колебаний, и тем медленнее качается маятник метронома. А если грузик опустить вниз, к точке опоры, то период колебаний уменьшится, и маятник быстро-быстро зачастит.

С некоторыми оговорками и при малых отклонениях от вертикали его можно рассмотреть как математический маятник и написать крайне простую формулу для периода колебаний. T≈2π√l/g, где l — расстояние от точки опоры до центра масс (ЦМ). Время отклонения от вертикали на малый угол α1 равно: t=T/4≈(π/2)√l/g. Оно не зависит от массы швабры и «откормленности» велосипедиста. Прикинем: швабра имеет l=1м, 1=1,6*0,32=0,5 с. У авторучки же l=0,1 м, t= 1,6*0,1=0,16 с. А высокий велосипед — l=1,2 метра, t= 1,6*0,35=0,56 с. Результат прост и нагляден.

Точно так ведет себя и любой предмет: чем он выше, чем больше расстояние от точки опоры до центра масс (центра тяжести), тем медленнее он отклоняется от вертикали на малый угол, и тем легче им балансировать или удерживать на нем равновесие. И тут вне конкуренции велосипед «Паук», у которого центр масс располагался на высоте около двух метров. Но падать с такой высоты было больно и опасно, и «Пауки» не выжили. Поэтому намозолившее глаза выражение «низкий устойчивый силуэт» справедливо только для трех или четырех колесных экипажей. Если так говорят о двухколесных велосипедах или мотоциклах, то это нонсенс и техническая безграмотность.

Эпиграфом к нашему очередному посту выступила строка из знаменитого стихотворения Николая Рубцова - "Букет".
_____________________________________

Если проследить за историей развития велосипедостроения, то можно заметить весьма интересную деталь - за более чем два века, которые протекли с момента создания первого велосипеда, его конструкция хоть и заметно поменялась, но принцип действия остался неизменным. Более того, велосипеды, выпускавшиеся в Англии еще в 80-х годах XIX века, решительно ничем не отличаются от тех городских моделей, что украшают прилавки спортивных магазинов сегодня. Те же два колеса со спицами, тот же изогнутый руль, то же седло с мягкой подстилкой, те же педали и та же рама - это лишь в сотый раз доказывает, что традиционная конструкция велосипеда по природе своей совершенна и не требует никаких изменений.

В нашей стране к велосипедам всегда сохранялось трепетное отношение - особенно, среди советских мальчишек, которые днями напролет могли совершать многокилометровые велосипедные прогулки по родному городу, объезжая его вдоль и поперек в компании друзей, либо накатывая круги по узким дорожкам своего двора. Чего не скажешь, конечно, о современных ребятах, для которых велосипед уже давно перестал быть предметом безграничной гордости и превратился в заурядное транспортное средство, необходимое для поездок по городу в редкие часы разлуки с компьютером. Если составить список фетишей советских ребят, то велосипед обязательно войдет в первую тройку - едва научившимся ходить мальчишкам и девчонкам заботливые родители дарили вначале трехколесный, а затем и двухколесный велосипед, и уже к 5 годам большинство ребят чувствовало себя в седле "железного друга", как рыба в воде. В процессе взросления ребенка, конструкция велосипедов, находившихся в его пользовании, также становилась сложнее - и когда случались неизбежные поломки, то устранять их приходилось не иначе, как своими руками. То цепь слетит с звездочки, то случайный гвоздик проколет камеру, то вылетит подшипник, а-то и рама погнется или сломается в результате аварии - но, как говорится, "любишь кататься - люби и саночки возить", и юные велосипедисты могли часами и днями корпеть над своим двухколесным другом, позвякивая ключами и отвертками, чтобы в конце концов привести его в работоспособное состояние в вновь закрутить педали навстречу новым горизонтам!

Сегодня мы решили порадовать подписчиков блога "Дневник поколения" замечательной подборкой популярнейших советских велосипедов - тех самых, что подарили нам так много положительных впечатлений и удовольствия в годы беззаботного детства!

И, напоследок, уникальный монумент "Счастливое детство" в виде детского трехколесного велосипеда! Город Бердянск.