Žiroskopski učinci nemaju gotovo nikakve veze s vašom sposobnošću vožnje biciklom

Žiroskopski učinci nemaju gotovo nikakve veze s vašom sposobnošću vožnje biciklom

Danas sam otkrio da žiroskopski učinci gotovo nemaju nikakve veze s vašom sposobnošću da voze bicikl.

Problem sa sila dobivenim od giroskopskog učinka na tipičan bicikl je da oni jednostavno nisu vrlo snažni kada se s obzirom na fiziku koja je uključena u većinu središta mase bicikla na vrhu (s vama na njemu). U osnovi tvoreći obrnuti pendulum, koji je puno teže uravnotežiti nego obrnuto.

Da biste ilustrirali koliko je sila potrebna ovdje, neka se osoba na biciklu potpuno spusti. Sada pokušajte držati bicikl i osobu usredotočenu jednostavnim držanjem oko osovine jedne od guma. Da biste usporedili ovu snagu s količinom dobivenom od giroskopskih učinaka, uzmite gumenu gumu s kopčama na stranama i objesite na njih. Sada neka netko vrti guma jako brzo; kada se vrti, pokušajte naginjati guma na jedan ili drugi način.

U ovom kasnijem slučaju osjetit ćete žiroskopski učinak, ali biste ga trebali učiniti lakše jer će snaga koju ćete ovdje osjetiti je vjerojatno samo nekoliko kilograma ili 5-10 kilograma (iako bi se moglo osjećati više s tvoja ruka ispružena i ravna ispred vas). U prethodnom slučaju, s osobom koja sjedi na biciklu, osim ako nisu iznimno lagana ili ste Hercules, pretpostavljam da niste mogli ni približiti održavanju ravnoteže, osobito ako su vam ruke u potpunosti ispružene.

Ako vas to nije uvjerilo, pogledajmo matematiku (primjer koji je proveo dr. Hugh Hunt sa Sveučilišta Cambridge):

Kod vožnje vrlo brzo brzinom od 12 m / s, tipičan bicikl kotača (promjer 600 mm, opseg 2 m) rotira se 3 puta u sekundi, što je brzina centrifugiranja w = 20 radijana u sekundi.

Njegova periferna masa, oko m = 1 kg, koncentriran je na rubu, tj. Na radijusu od r = 300 mm. Trenutak tromosti J je stoga J = m r2 = 0,1 kg m2 (dovoljno blizu).

Pretpostavimo da padam i pokušavam iskoristiti žiroskopski učinak kako bih ponovno pomaknuo uspravno. Razmislite o nekom lijepom mahnitom kretanju upravljača natrag i naprijed sinusoidalno brzinom, recimo, frukovati= 1,6 wobbles u sekundi (što odgovara kutnoj frekvenciji zamračenja w rukovati= 2 str frukovati = 10 radijana u sekundi) i na amplitudi, recimo, +/- 6 stupnjeva (tj Mrukovati= 6/180 * p = 0,1 radijan).

Stoga je kretanje treska TrukovatiMrukovati grijeh(wrukovati t), a razlikujući to daje vrhunac ručka wobbling brzina od P = wrukovati. M rukovati = 10 * 0,1 = 1 rad / s. To je prisilna brzina precesije prednjeg kotača koja djeluje kao žiroskop. Na svom vrhuncu, par koji je potreban za postizanje ovog precesijskog gibanja, zbog giroskopskih učinaka jest M = J w P = 0,1 * 20 * 1 = 2 N m Bicikl i ja vagati, recimo, 100 kg = 1000 N, tako da će žiroskopski učinak pomoći samo ako ne naginjati više od 2 mm od savršeno uspravnog (1000 N * 0,002 m = 2 Nm).

Tako je žiroskopski učinak na bicikl, čak i na 12 km / h, praktički ništa u smislu onoga što bi se trebalo održati uspravno. Pa kako ne padate svake dvije sekunde na biciklu?

Djelomično je to samo zbog vaše sposobnosti da se uravnotežite. Ipak, vjerojatno ste primijetili da je teško ostati uravnotežen na biciklu kada je na stajalištu još uvijek. Kada počnete ići polako, primijetit ćete da ćete, naravno, napraviti velike korekcije upravljanja kako bi bili uravnoteženi. To je, zapravo, primarna stvar koja vas zapravo održava uspravno na biciklu u bilo kojoj brzini, naime korektivnom upravljanju. Budući da osjećate neravnotežu u jednom smjeru, to će uzrokovati vožnju bicikla u tom smjeru kako bi se nadoknadila, rezultirajuća centripetalna sila završava balansiranjem vas, uz pretpostavku da je vaš prilagodba bila odgovarajuća količina okretaja s obzirom na vašu brzinu i druge takve čimbenike , Ako ste se više okrenuli, morat ćete napraviti još jednu ispravku kako biste nadoknadili neravnotežu stvorenu zbog prekoračenja. Što brže krenete, to je manja korekcija koja vam je potrebna kako bi vas izbalansirala.

U početku, te korektivne prijedloge obično su relativno velike i često s vama prekompenzentan, jer vaše tijelo još uvijek uči voziti bicikl. Zbog toga vam se prilično pomalo luta i jako uništavate kada prvi put naučite. S vremenom će te ispravke biti manje i manje i točnije sve dok ne primijetite da ih uopće radite dok vozite bicikl iznad superbrze brzine (očito ćete ih i dalje primijetiti kada se jedva krećete na biciklu i kao što je gore navedeno).

Bonus činjenice:

  • Mnogi ljudi misle da bi, ako biste uzeli dvije gume i okrenuli ih u suprotnim smjerovima, imali bi isti giroskopijski učinak kao da se okreću u istom smjeru. Zapravo, ono što će se dogoditi jest da, ako su kotači bili okrenuti u suprotnim smjerovima, oboje će se otkazati, u smislu žiroskopskog učinka. Ova je činjenica iskorištena da pokaže ljudima da mogu voziti bicikl bez ikakvih problema bez giroskopskog učinka ugrađivanjem dodatnih kotača podignutih lagano s tla, koji se protive okretanjem stvarnih guma.
  • Dalje naprijed središte mase za bicikl + osobu koja vozi bicikl, manje kotača na prednjem kotaču koji će biti potreban za održavanje ravnoteže. To je najvjerojatnije najočitije kod nekih prilagođenih motocikla u kojima se prednji kotač dobro približava biciklu.
  • Još jedan manje poznati čimbenik u vožnji bicikla je nešto što se zove "staza". Jednostavno rečeno, to je mjera koliko udaljenost od točke prednjeg kotača dotakne zemlju vodi kontaktnu točku upravljačke osi, tamo gdje svi upravljački mehanizmi (vilica, upravljači, prednji kotač, itd.) Okreću. Dulji put će bicikl osjećati mnogo stabilniji od kraćeg. Međutim, ako je staza predugačak, bicikl će se osjećati teško upravljati. Bicikli s premalim stazom, ili čak negativnim stazom, osjećat će se inherentno nestabilnim; iako, zbog korektivnog upravljanja, još ih možete voziti. Zbog problema upravljanja s povećanom stazom, brdski bicikli i touring bikes obično imaju mnogo manje staze od uličnih bicikala. U slučaju mountain bikes, to omogućuje više "agility" na biciklu kako bi se nadoknaditi za grubi teren. U slučaju turneja bicikla, to pomaže nadoknaditi činjenicu da ćete vjerojatno biti pakiranje uz prilično malo prtljage s vama i time, dodatnu težinu nisko na zemlju. To je razlog zašto turneji bicikli često će se osjećati nestabilnim ako nemate tu prtljagu dodano i nisko na tlo.
  • Dok giroskopske i staze za vožnju nisu dovoljno dovoljne za održavanje ravnoteže na biciklu, obično su dovoljne za održavanje bicikla bez vožnje dok se ne usporava do određene točke, koja se razlikuje od bicikla do bicikla na temelju veličine i staze.
  • Trenutačno se razvija nešto što se naziva "gyrobike" kako bi se ljudi naučili voziti bicikle. Ovaj bicikl ima unutarnji zamašnjak koji osigurava značajno povećanje žiroskopskog učinka. Izumitelji ovog bicikla se nadaju da bi se moglo razviti gdje bi giroskopski učinak bio dovoljan da bicikl bude uglavnom uravnotežen čak i kod jahača, a još uvijek nije previše težak bicikl u težini i slično.
  • Drugo mjesto na kojem ćete vidjeti da je ovo nešto podsvjesno "auto-ispravljanje" fenomena pop-up kada pokušavate stajati na jednom mjestu na jednoj nozi. Prilikom toga morate paziti da se ne zadržite. Čim počnete hopping ipak, većina ljudi ima malo poteškoća zadržavajući se u ravnoteži. To je zato što, kada se uskočite, ne samo da donekle prirodno generiraju korektivne pokrete, ali ćete također imati nogu pod zemljom gdje treba biti kako bi se uravnotežili.

Ostavite Komentar