На какой скорости можно пройти поворот, катаясь на велосипеде или самокате? Простые закономерности для тех, кто уже забыл школьную физику, или не успел её узнать.
Здравствуйте, друзья! Наступает весна, и скоро на улицы хлынут толпы велосипедистов, роллеров и самокатчиков. Мой сынок уже гоняет в школу на самокате, и хотя еще не все дорожки растаяли, самокатно-велосипедный маршрут уже имеется. Он очень любит гонять на большой скорости, и возникает вопрос безопасности, чтобы не врезаться в пешеходов и самому не падать на резких поворотах.
Как матери объяснить, что не стоит превышать скорость? Просто сказать - не гоняй - не помогает. Зачем вообще тогда самокат, если на нём не гонять? Приходится привлекать физическую теорию. Ребенок понимает, что такое умножение, что такое "в два раза больше", или "в два раза меньше", и имеет представление о характерных скоростях пешехода, велосипедиста и автомобилиста.
Предварительные расчеты
Первым делом, подберем подходящие формулы из школьного курса физики. Ограничение скорости при повороте связано с тем, что существует максимальное ускорение, которое может осуществить поворот. Это ускорение определяется силой трения покоя, которая действует на колесо со стороны дороги. В свою очередь, сила трения покоя определяется коэффициентом трения и весом тела. Максимальное ускорение при повороте рассчитывается по следующей формуле:
Если нам нужно повернуть на дорожке в парке, то очень легко понять угол поворота - тропинки обычно поворачивают под прямым углом. Радиус поворота прикинуть гораздо сложнее. Связь ускорения, скорости и угла выражается следующей формулой:
Здесь видна еще одна неизвестная величина - время, за которое происходит поворот. Но эту величину легко определить на практике, или даже заложить заранее, например, 1 секунду на поворот.
По формуле легко посчитать значения скорости, необходимые для прохождения разных углов поворота за одну секунду. Ускорение свободного падения g=10 м/с², а коэффициент трения можно взять, например, 0,2. Подставлю все численные значения, чтобы сразу получить численное значение скорости при разных углах. Здесь есть ещё дополнительные множители, отвечающие за перевод угла из градусов в радианы и скорости из м/с в км/ч.
График скорости и вывод
Для ребёнка, конечно, эти формулы понять трудновато, гораздо яснее всё это представить в виде графика. Вот он.
Показала сыну график, обсудили его вместе. Из графика видно - чтобы повернуть на 45 градусов, можно практически не снижать скорость. А если необходимо повернуть на 90 градусов, то скорость велосипеда или самоката надо снизить до скорости пешехода. Чтобы сделать разворот на 180 градусов, скорость надо снизить ещё в два раза. Дальнейшие углы поворота уже имеют мало смысла в случае катания по дорожкам.
Если прошел дождь, то коэффициент трения уменьшится. Это значит, что во столько же раз уменьшится характерная скорость поворота. Поэтому во время дождя ездить надо гораздо аккуратнее. Реально разогнаться можно только на прямых участках.
А если скорость снижать не хочется?
Вот такой вопрос возникает у ребёнка. Тут есть два варианта ответа.
1. Если при обычном повороте превысить скорость, то сила трения уже не сможет обеспечить поворот, и самокат просто упадёт вместе с тем, кто на нём катается. Можно сильно удариться самому, или, что ещё хуже, повредить других пешеходов, которым не повезло оказаться поблизости. В таком случае мама отберёт самокат, и больше катания не будет.
2. Можно делать развороты, не ограниченные силой трения, делая прыжки на самокате. Но для этого нужен специальный трюковой самокат, с небольшими прочными колесами и надежной поворотной осью. А самое главное, такие трюки может сделать не каждый. Ребята, которые делают такие повороты, занимаются с тренерами, много времени проводят за серьёзной и трудной работой, оттачивая каждое движение, и потом на видео кажется, что они так легко поворачивают в прыжке на любой угол и на любой скорости.
При всем моём уважении к спортсменам-трюкачам, нам до такого мастерства очень далеко, и есть другие приоритеты развития. Поэтому будем снижать скорость и сохранять безопасность - свою и окружающих.
Друзья, на этом заканчиваю статью. Желаю вам приятных и безопасных поездок! Буду рада лайкам и новым подписчикам.