У этого странного снаряда даже руля нет, и тем не менее, миллионы людей научились управлять этим странным снарядом. Как говорят, для этого даже не нужны акробатические навыки — нужно лишь недолгое обучение. Даем простое объяснение, буквально на пальцах, как оно сохраняет устойчивость.
Моноколеса с мотором появились много десятилетий назад. В 1954 году итальянская фирма MV Agusta создала бензиновый спортивный моноцикл Monomoto Superleggera 60cc. Благодаря меньшему весу он успешно бил двухколесных собратьев на всех гонках Европы, пока звездная болезнь не погубила его водителя Луиджи Бандини — он разбился, позируя журналистам на трибуне.
Но то была единичная разработка. Чтобы стать массовым видом транспорта, моноколесу не хватало одного игредиента. Им стала микропцессорная электроника — после того, как ее появилась электронная бортовая система управления в начале 21 века, моноколеса начали быстро завоевывать мир.
Как сохраняет устойчивость моноколесо
Когда ездок стоит на колесе в равновесии, его центр тяжести находится точно над центром опоры — точкой контакта колеса с дорогой. Это положение неустойчиво: стоит ему хоть чуть-чуть отклониться в сторону, и сила гравитации начнет увеличивать наклон, и если его не компенсировать другими силами, райдер упадет. От этого его спасает в одних случаях умная электроника, в других — естественные законы механики.
Продольное равновесие - задача электроники
Допустим, райдер наклонился вперед. Рефлекс заставит его сильнее опереться на мыски стоп, наклоняя платформу для ног вперед. Встроенные в колесо датчики наклона и ускорения фиксируют это движение, и электроника реагирует тем, что включает мотор на движение вперед. Чем сильнее наклон, тем выше тяга колеса. Это заставляет колесо подкатиться под центр тяжести, восстанавливая равновесие.
Если райдер отклонится назад, он рефлекторно перенесет вес на пятки. Возникнет наклон платформы назад: электроника включит движение назад, и колесо снова подкатится под центр тяжести.
Поперечное равновесие — закон механики
От падения вбок райдера защищает природное физическое явление гироскопической прецессии.
Как оно работает? Вспомните, что будет, если катнуть автомобильное колесо. Оно довольно долго будет катиться, не падая. Потом неизбежно наклонится вправо или влево, и вот что интересно: оно начнет поворачивать в ту же сторону. Всегда в ту же, и никогда в обратную.
Это и есть гироскопическая прецессия — стремление вращающегося тела сохранить момент вращения, как бы на него ни действовали снаружи.
На моноколесо это явление тоже действует. Если райдер на колесе наклонится, скажем, вправо, прецессия начнет разворачивать его в ту же сторону, и колесо поедет по дуге. А на тела, движущиеся по кругу, действует центростремительная сила, направленная к центру радиуса. Эта сила подталкивает точку контакта колеса с землей под центр тяжести ездока, и колесо снова ставит ездока в вертикальное положение.
Как колесо управляется
Кстати, именно так, с помощью прецессии, маневрируют моноколесчики: они намеренно наклоняются вправо или влево, и колесо начинает двигаться по дуге.
А для того, чтобы ускориться или замедлиться, надо наклониться вперед или, соответственно, назад — при этом на это движение электроника реагирует так же, как написано выше, создавая на колесе тягу вперед или назад.
Читайте объяснение других занимательных вещей:
Что щёлкает в заднем колесе велосипеда