В статье на моем канале про успех Братьев Райт по разработке успешного и стабильного самолёта было отмечено, что эффекта удалось достичь из-за изменения подхода к рулению.
Они успешно внедрили свою идею, благодаря пониманию физики поворота велосипеда. Ведь там руль играет чуть ли не последнее значение.
Ещё в одной статье про форму покрышки мотоцикла и машины также было отмечено, что при повороте мотоцикла также важен наклон. На оба материала я оставлю ссылку под этим текстом.
Но суть проблемы немного иная - судя по комментариям, многие читатели твёрдо убеждены, что и велосипед, и мотоцикл, поворачивают благодаря простому повороту руля. И это жестокая ошибка интуиции.
Контраргументы легко получить. Они следуют из практики катания. Предполагаемая схема, где у переднего колеса есть трение и вы, изменяя направление движения этого колеса рулём, меняете направление движения велосипеда, действительно работает. Но только до тех пор, пока скорость низкая и масса небольшая.
Проведите интересный эксперимент. Возьмите мопед (он тяжелее велосипеда) и попробуйте проехать по скользкой дороге прямо даже на низкой скорости. Теперь измените направление движение переднего колеса рулём по сугубо велосипедной схеме. Мопед продолжит ехать прямо, несмотря на руль, или завалится на бок, а вы потеряет контроль и равновесие. Теперь повторите опыт и в момент поворота сильно завалите корпус в сторону поворота. Вы увидите, что там, где раньше мопед ехал прямо с вывернутом рулём, он смог войти в заложенный поворот.
Мы выявили одно интересное явление - даже при средней скорости трения переднего колеса мало для поворота. Мы заведомом усугубили всё скользкой дорогой. На нормальном покрытии вы бы вошли в такой поворот и без наклона в его сторону. Однако, в большинстве случаев сам навык катания заставляет вас незаметно для себя наклоняться в сторону поворота и вы про это даже не думаете. Пятно же контакта переднего колеса не создаст достаточной силы для осуществления поворота.
Механика поворота двухколёсника куда интереснее, и она сочетает динамику, гироскопический эффект и балансировку.
Основное, что происходит на скорости, - центр масс велосипеда хочет продолжать движение по прямой (в соответствии с первым законом Ньютона, что видно с мопедом на льду). Чтобы изменить направление, велосипеду нужно наклониться внутрь поворота. И именно это наклонение создаёт эффект, который «помогает» колёсам повернуть.
Каждое вращающееся колесо велосипеда - это гигантский гироскоп. Гироскоп сопротивляется изменению направления своей оси вращения. Именно благодаря этому велосипед стабилизируется на скорости - он меньше падает, чем на месте. При повороте гироскопический эффект заставляет руль немного самопроизвольно поворачиваться внутрь поворота. В этом, кстати говоря, секрет поворота на велосипеде без рук и не держась за руль.
То есть если велосипед начинает крениться влево, гироскопический эффект колеса помогает руль повернуть влево, создавая корректировку и предотвращая падение. Этот эффект особенно заметен на высоких скоростях.
При движении по кривой действует центростремительная сила — она «тянет» велосипед наружу поворота. Чтобы противостоять этой силе, велосипед и райдер наклоняются внутрь. Угол наклона зависит от скорости и радиуса поворота. Чем быстрее вы едете, тем сильнее должен быть наклон.
Чтобы повернуть направо на скорости, вы сначала слегка поворачиваете руль влево незаметно для самого себя. Это создаёт кратковременный крен велосипеда в правую сторону. После наклона колёса автоматически начинают поворачивать внутрь поворота, и вы успешно входите в поворот.
Для многих это кажется парадоксом, но именно так работает стабильность и манёвренность велосипеда. Контрруление особенно важно на высоких скоростях и при спортивной езде.
Все эти эффекты - гироскопический момент, наклон, контрруление и центр масс - работают синхронно и почти мгновенно, создавая впечатление, что велосипед «сам понимает», куда ехать. На самом деле это сложная комбинация физических законов, с которой человек взаимодействует интуитивно - опытный райдер чувствует баланс, крен и поворот почти автоматически.
Так что весь эффект сводится к тому, что центр масс и крен создают равновесие между гравитацией и центробежной силой, благодаря чему колёса естественно поворачивают внутрь поворота, а велосипед безопасно проходит кривую. Чем быстрее скорость или уже радиус поворота, тем сильнее должен быть наклон. Именно наклон превращает физику движения в плавный и управляемый поворот, а не просто вращение руля.
А как вы учились кататься на велосипеде? Расскажите в комментариях!
⚠️ Пишу научпоп курс про загадки материи - добро пожаловать сюда.
Не забывайте ставить лайки статье! Это важно для развития проекта.
Канал проекта в Telegram с эксклюзивными материалами!