Koje sile djeluju na bicikl koji se kreće. Bicikl ne pada zbog centrifugalne sile. Konstrukcija i balans bicikla
Da bicikl na dva točka ne bi pao, morate stalno održavati ravnotežu. Budući da je otisak bicikla vrlo mali (u slučaju bicikla na dva točka, to je samo ravna linija povučena kroz dvije tačke u kojima točkovi dodiruju tlo), takav bicikl može biti samo u dinamičkoj ravnoteži. To se postiže upravljanjem: ako se bicikl nagne, biciklist skreće volan u istom smjeru. Kao rezultat toga, bicikl se počinje okretati, a centrifugalna sila vraća bicikl u uspravan položaj. Ovaj proces je kontinuiran, tako da bicikl na dva točka ne može ići striktno pravo; Ako popravite volan, bicikl će sigurno pasti. Što je veća brzina, to je veća centrifugalna sila i manje je potrebno da skrenete volan da biste održali ravnotežu.
Prilikom skretanja morate nagnuti bicikl u smjeru skretanja tako da zbir gravitacije i centrifugalne sile prođe kroz liniju oslonca. U suprotnom, centrifugalna sila će prevrnuti bicikl u suprotnom smjeru. Baš kao i pri pravoj vožnji, nemoguće je idealno održavati takav nagib, a upravljanje se provodi na potpuno isti način, samo se pomiče položaj dinamičke ravnoteže, uzimajući u obzir nastalu centrifugalnu silu.
Dizajn upravljanja bicikla olakšava održavanje ravnoteže. Osa rotacije volana nije okomita, već je nagnuta unazad. Osim toga, prolazi ispod ose rotacije prednjeg točka i ispred tačke u kojoj točak dodiruje tlo. Ovaj dizajn ostvaruje dva cilja.
- Kada prednji točak bicikla u pokretu slučajno odstupi od neutralnog položaja, javlja se moment trenja oko upravljačke osovine, koji točak vraća u neutralni položaj.
- Ako naslonite bicikl, razvija se trenutak sile, okrećući prednji točak u smjeru naginjanja. Ovaj trenutak je uzrokovan reakcijskom silom oslonca. Primjenjuje se na tačku gdje točak dodiruje tlo i pokazuje prema gore. Budući da upravljačka osovina ne prolazi kroz ovu tačku, kada se bicikl nagne, sila reakcije tla se pomjera u odnosu na upravljačku osovinu.
Tako se vrši automatsko upravljanje, pomažući u održavanju ravnoteže. Ako se bicikl slučajno nagne, tada se prednji kotač okreće u istom smjeru, bicikl se počinje okretati, centrifugalna sila ga vraća u vertikalni položaj, a sila trenja vraća prednji točak u neutralni položaj. Zahvaljujući tome, možete bez problema voziti bicikl bez ikakvih problema. Sam bicikl održava ravnotežu. Pomicanjem centra gravitacije u stranu, možete održavati konstantan nagib bicikla i napraviti skretanje.
Može se vidjeti da sposobnost bicikla da samostalno održava dinamičku ravnotežu ovisi o dizajnu vilice upravljača. Odlučujući faktor je rame reakcije oslonca kotača, odnosno dužina okomice spuštene od točke kontakta prizemnog točka do osi rotacije vilice; ili, ekvivalentno, ali lakše za mjerenje, udaljenost od točke kontakta točka do točke presjeka ose rotacije viljuške sa tlom. Dakle, za isti točak, rezultirajući moment će biti veći, što je veći nagib ose rotacije vilice. Međutim, da bi se postigle optimalne dinamičke karakteristike, nije potreban maksimalni obrtni moment, već strogo definiran: ako premali moment dovodi do poteškoća u održavanju ravnoteže, onda preveliki moment dovodi do oscilatorne nestabilnosti, posebno „šimi ” (vidi dolje). Stoga je položaj osovine kotača u odnosu na osovinu vilice pažljivo odabran u dizajnu; mnoge biciklističke vilice su nagnute ili jednostavno pomaknute naprijed kako bi se smanjio višak obrtnog momenta.
Na velike brzine(počevši od oko 30 km/h) na prednjem točku može doći do tzv. kolebanje brzine ili "shimmy" je fenomen dobro poznat u avijaciji. Sa ovom pojavom, točak se spontano pomera udesno i ulevo. Ljuljanje pri velikoj brzini je najopasnije kada se vozi „od ruke“ (tj. kada biciklista vozi ne držeći se za volan). Razlog za kolebanje pri velikim brzinama nije loša montaža ili slaba montaža prednjeg točka, oni su uzrokovani rezonancom. Brzinsko njihanje je lako ugasiti usporavanjem ili promjenom držanja, ali ako se ne učini, može biti smrtonosno.
Pri velikim brzinama, tehnika kontra-upravljanja poznata motociklistima može se koristiti za upravljanje biciklom. Lagano gurnite desnu ručku volana od sebe i držite je u tom položaju - okrenite udesno. Guramo lijevu od sebe - skrećemo lijevo.
Vožnja bicikla je efikasnija (u smislu troškova energije po kilometru) od hodanja i vožnje. Prilikom vožnje bicikla brzinom od 30 km/h, sagorijeva se 15 kcal/km (kilokalorija po kilometru) ili 450 kcal/h (kilokalorija na sat). Pri hodu brzinom od 5 km/h sagorijeva se 60 kcal/km ili 300 kcal/h, odnosno vožnja bicikla je četiri puta efikasnija od hodanja u smislu troškova energije po jedinici udaljenosti. Budući da biciklizam sagorijeva više kalorija na sat, ujedno je i najbolji sportsko opterećenje. Prilikom trčanja trošak kalorija po satu je još veći. Imajte na umu da uticaj trčanja, kao i nepravilna vožnja bicikla (na primjer, vožnja uzbrdo u visokim brzinama, hipotermija koljena, nedostatak dovoljno tekućine, itd.) mogu ozlijediti koljena i skočni zglob. Obučen muškarac, koji nije profesionalni sportista, može razviti 250 vati, ili 1/3 HP, dugo vremena. With. To odgovara brzini od 30-50 km/h na ravnom putu. Žena može razviti manje apsolutne moći, ali više snage po jedinici težine. Pošto se na ravnom putu skoro sva snaga troši na savladavanje otpora vazduha, a pri vožnji uzbrdo glavni trošak je savladavanje gravitacije, žene, pod ostalim jednakim uslovima, voze sporije na ravnom terenu, a brže uzbrdo.
Potrošnja kalorija se mora izračunati po kilogramu tjelesne težine. 4 km/h - 0,04; 10 km/h - 0,07; 15 km/h - 0,11; 20 km/h - 0,14; 30 km/h - 0,18; zatim pomnožimo odabrani koeficijent sa tjelesnom težinom i dobijemo potrošnju kalorija po minuti. Na primjer, vozio sam 2,5 sata prosječnom brzinom od 30 km / h, moja težina je 95 kg, ukupno 0,18 * 95 * 150 = 2565 kcal. Neki svojoj težini dodaju masu bicikla, što je prilično kontroverzno. U svakom slučaju, mogu se dobiti samo približni podaci.
Momenti sila tokom kretanja bicikla.
Bicikl na dva točka ne pada u pokretu, jer onaj ko ga vozi stalno održava ravnotežu. Područje za podupiranje bicikla je malo - to je ravna linija povučena kroz tačke kontakta točkova bicikla sa tlom. Dakle, bicikl je u stanju dinamičke ravnoteže. To se postiže upravljanjem: kada je bicikl nagnut, osoba okreće volan u istom smjeru. Nakon toga, bicikl se okreće, dok centrifugalna sila vraća bicikl u početni vertikalni položaj. Proces upravljanja za održavanje ravnoteže je kontinuiran, tako da kretanje bicikla nije ravno. Ako je volan fiksiran, bicikl će pasti. Postoji veza između brzine i centrifugalne sile. Što je veća brzina, to je veća vrijednost centrifugalne sile i, shodno tome, manje je potrebno skrenuti volan da bi se održala ravnoteža.
Da biste se okrenuli, morate nagnuti bicikl u stranu tako da zbroj centrifugalne sile i sile gravitacije prođe kroz liniju potpore kotača. Ako to nije slučaj, onda će centrifugalna sila okrenuti bicikl u drugom smjeru. Da bi se olakšala ravnoteža, dizajn upravljanja biciklom ima svoje karakteristike. Osa stuba upravljača je nagnuta unazad, a ne postavljena okomito. Prolazi ispod ose rotacije točka i ispred tačke u kojoj točak bicikla dodiruje tlo. Ovom vrstom dizajna postižu se sljedeći ciljevi:
Stabilnost bicikla pri kočenju.
Prilikom kočenja tokom vožnje biciklom, glavna stvar je održati ravnotežu. Barem kočenje važna tačka nego sama vožnja, a najvjerovatnije i najbitnija, jer od toga zavisi zdravlje bicikliste. Ako poznajete teoriju ponašanja bicikla u trenutku kočenja, možete uvelike smanjiti broj modrica i udaraca (nažalost, još uvijek ne možete bez toga).
Šta je kočenje
Definicija je jasna. U enciklopedijama piše da "kočiti znači usporiti kretanje uz pomoć kočnice". Ali na kraju krajeva, cijela stvar je u tome da obično sve ne zanima što da uspore (iako ovo treba spomenuti), obično sve zanima kako usporiti pokret (pritisnete polugu i to je to), i ne kako ga usporiti u određenoj specifičnoj situaciji na putu. Možete pokušati oslikati puno teoretskih savjeta za sve moguće situacije na cesti, ali uvijek postoje izuzeci od pravila i prije ili kasnije biciklist se nađe u situaciji da nema dovoljno preporuka. Najvažnije je da kočenje tokom vožnje bicikla treba dovesti do automatizma, jer u hitnim slučajevima jednostavno nema vremena razmišljati kako to učiniti kako treba i zapamtiti teoriju. Da prihvatim ispravna odluka intuicija pomaže, ali morate znati i neka teorijska pravila ponašanja bicikla u trenutku kočenja.
Vožnja biciklom.
Kotrljanje bicikla zavisi od različitih faktora: karakteristika rama, amortizera, prečnika točkova, guma, pritiska u komorama, ukupne težine bicikla i mnogih drugih. Odbijanje se ne može mjeriti brojevima. Iskusni biciklisti to mogu osjetiti i cijeniti. Za amatere razlika je posebno vidljiva ako zamijene, na primjer, jeftin bicikl za skuplji i kvalitetniji.
Šta određuje kotrljanje bicikla
Okvir. Postoji izraz "rolling frame". Ali, vrlo je teško osjetiti razliku između okvira koji se ne kotrlja i okvira koji se ne kotrlja, jer su jasno uočljive karakteristike karakteristične samo za vrlo skupe modele. Okviri napravljeni od skupih materijala imaju tendenciju da apsorbuju udarce i vibracije. Duži dizajn okvira pomaže vozaču da dobije aerodinamičniju poziciju za vožnju na biciklu, što ima pozitivan učinak na kotrljanje. Ali, dalje običan bicikl rola na okviru ne zavisi toliko koliko od ostalih komponenti.
Veličina kotača. Jedan od glavnih faktora koji utječu na kotrljanje bicikla. Veći točkovi od 28" ili 29" idu brže od točkova od 26", tako da se bicikl više kotrlja s njima. Sada popularne devetke sa točkovima od 29 inča imaju ovaj kvalitet.
Zaštita guma. Najbolje su glatke, uske gume bez kotrljanja gazećeg sloja. Najgore od svega je široka agresivna guma sa visokim šarama gazećeg sloja.
Fizičke sile koje djeluju na bicikl
Budući da klasični bicikl ima dva točka, da bi biciklista mogao da se vozi, mora stalno održavati ravnotežu i savladavati različite sile koje nastaju u procesu kretanja. Samo zato što je bicikl jednostavan ne znači da je i tako jednostavan. Fizičke sile koje djeluju tokom vožnje bicikla temelje se na osnovnim zakonima nauke. Razmotrite glavne sile koje djeluju pri vožnji bicikla.
spoljne sile.
1. Sila gravitacije (gravitacije). Gravitacija je jedan od četiri fundamentalna fenomena u prirodi. Objašnjeno Newtonovim zakonom. Sila kojom djeluje direktno je proporcionalna tjelesnoj težini bicikliste. Što je veća težina bicikliste, to je jača sila gravitacije. Djeluje na bicikliste i komponente bicikla okomito na tlo. Snaga njegovog djelovanja se povećava prilikom vožnje biciklom uzbrdo i shodno tome opada pri spuštanju.
2. Sila otpora vazduha. Aerodinamičke sile koje djeluju na biciklistu su uglavnom zbir otpora zraka i čelnog ili bočnog vjetra. Pri prosječnoj brzini i kretanju po ravnoj površini, aerodinamički otpor je najveća silašto ometa kretanje napred. Sa daljim povećanjem brzine, aerodinamički otpor postaje ogroman, a njegova veličina daleko premašuje sve druge sile koje ometaju kretanje naprijed.
Aerodinamička ispitivanja u biciklizmu
Kada poboljšanje specifikacije bicikl je dostigao određenu granicu i praktički nema razlike u performansama pojedinih komponenti različitih proizvođača, obratili su pažnju na otpor zraka koji biciklist savladava prilikom vožnje. Ovaj indikator je imao impresivnu brojčanu vrijednost, tako da je bilo na čemu raditi. Kao iu industriji aviona i automobilskoj industriji, aerotunel se koristi za testiranje kako nadolazeći tok zraka utiče na bicikliste. Ovaj skupi uređaj pomaže u određivanju interakcije objekta (bicikliste) sa strujom zraka, kao i u određivanju sile djelovanja u brojčanoj vrijednosti. Tokom testiranja utvrđuje se optimalno pristajanje bicikliste, kao i koeficijent otpora na nadolazeće strujanje zraka pojedinih dijelova bicikla i opreme sportaša.
Dizajn aerotunela je prostorija, na čijoj su jednoj strani ugrađeni ventilatori velikog kapaciteta koji stvaraju strujanje zraka koji simulira čeoni vjetar, čija se brzina kontrolira promjenom snage elektromotora koji rotiraju ventilator lopatice
izdržljivost okvira bicikla
Tokom rada bicikla, na okvir se primjenjuju opterećenja koja se ponavljaju mnogo puta. Ova ciklična opterećenja nastaju zbog neravnina kolovoza: jame, neravnine, udarne rupe u asfaltu, itd. razni dizajni legure aluminijuma počele su da se koriste (posebno u vazduhoplovstvu i astronautici), sprovedena istraživanja su pokazala da jedno opterećenje ne izaziva deformacije i razaranja materijala, već je određeni broj ciklusa opterećenja u materijalu konstrukcija prouzrokovao deformacije, pukotine i naknadno uništenje. Ovu pojavu karakteriše termin „otkazivanje zamora“. Broj ciklusa opterećenja koji dovode do kvara naziva se „trajnost zamora“.
Iste studije su pokazale da prisutnost pukotina, udubljenja, rupa, zavara u najopterećenijim dijelovima konstrukcije smanjuje trajnost same konstrukcije za red veličine. Ovaj trend se naziva „lokalna koncentracija stresa“. Čak i mala rupa u strukturi doprinosi povećanju naprezanja pored nje za najmanje 2 puta, a ogrebotina dovoljne dubine za 5-6 puta. Pukotina podiže lokalno naprezanje do granice popuštanja i stoga se sistematski povećava sa povećanjem brzine.
Brzina bicikla ovisi o snazi pedaliranja, vrsti i klasi bicikla, stanju na putu, terenu i vjetru. Zanimljivo je procijeniti u kojim proporcijama.
Prema mojim zapažanjima, ako je na glatkom autoputu brzina krstarenja 30 km/h, onda na sporednom putu pada na 25, kada se vozi u grupi može porasti na 35, čeoni vjetar može ugasiti brzinu do 20 km / h i to se teško doživljava. Prilikom vožnje uzbrdo, brzina se lako gasi, na primjer, do 15 km / h, i to se percipira normalno.
U mreži se vjeruje da već pri brzinama od 25-30 km/h, glavne snage idu u borbu protiv otpora zraka, a općenito, brzine veće od 30 km/h su određene ne toliko snagom nogu koliko aerodinamika. Brine me. 
Prema mojim zapažanjima, aerodinamika se mnogo više osjeća na čeonom vjetru, kada se morate boriti protiv vjetra. U isto vrijeme, zadnji vjetar se uopće ne osjeća, jer je brzina kretanja obično više brzine vjetar. I brzina ne postaje velika. Možda je vrijednost aerodinamike nešto preuveličana? Srećom, nije teško procijeniti raspodjelu troškova pri pomicanju bicikla. Ovi podaci se zatim mogu uporediti s objavljenim zapažanjima korisnika bicikala s mjeračima snage.
Snaga i vuča
Za početak, zanimljivo je razumjeti kojim resursima raspolaže biciklista. Kod dugog pedaliranja, glavna karakteristika je izlazna snaga. Sudeći po recenzijama vlasnika mjerača snage, možemo pretpostaviti da se 200 vati može proizvoditi dugo vremena. Ovo odgovara pri brzini od 25 km/h konstantnoj sili "vuče" od 28,8 Njutna. (25 km/h je 6,94 m/s, 200 / 6,94 = 28,8).
Radi veće jasnoće, nadalje, sila će biti data u jedinicama kilogram-sila. 
Jedan kilogram-sila (oznaka “kg” za razliku od mase je “kg”) je težina tijela mase 1 kg, odnosno sila kojom pritiska uteg na kojem je napisano “1 kg”. na vagi. To je ono čime se bavimo u svakodnevnom životu umjesto stvarnom “tjelesnom težinom”. 1 kg = 9,81 njutna.
Prema tome, 200 vati snage proizvedene pri 25 km/h je samo 2,9 kg sile primijenjene na bicikl. Čini se čudnim, jer lako možete podići mnogo veći teret. Ali ovo je razlika između snage i rada. Teret se ne smije samo dizati, već dizati i dizati, i to brzo. Naravno, za kratko vrijeme moguće je razviti i više snage i više snage, ali se za duži period dobijaju približno iste brojke. Usput, konjska snaga, 1 hp. = 736 vati, samo 3,5 puta više od snage prosječnog bicikliste.
Ujednačenim pokretom vozilo sila otpora (F) određena je trima faktorima: trenjem kotrljanja (R), klizanjima (T) (izraženo kao povećanje težine koja se gura uzbrdo) i otporom zraka (Q).
Sila trenja zavisi od koeficijenta. trenje (k) i komponenta težine (P) okomita na površinu. Odnosno, što je veća težina, lošiji je put, što su gume lošije, to je veći otpor zbog trenja.
Klizač dodaje vučnu silu (T) unazad, ovisno o težini (P) i kutu (alfa), ali malo smanjuje pritisak na podlogu, odnosno silu trenja.
Konačno, sila aerodinamičkog otpora (Q) je proporcionalna površini poprečnog (frontalnog) presjeka (S), koeficijentu aerodinamičkog otpora (Cx) i kvadratu brzine (v), množitelj (po) je zrak gustina.
Slajdovi
Od tri pojma, potpuna jasnoća je samo uz kretanje uzbrdo ili nizbrdo. Težina (biciklista + opremljen bicikl) je poznata, tangenta ugla nagiba također.
Tangenta je označena na putokaz, pošto je to postotak uspona horizontalna projekcija dužina staze. To jest, ovo je dužina puta na karti. Sa "procentima" karakterističnim za puteve, ovo je praktično isto što i "sinus" - uspon na dužina staze, ali zapamtite da nagib od 100% predstavlja 45 stepeni, a ne 90. Generalno, nagib od 10% znači 1 metar nadmorske visine na 10 metara staze.
Sila koja će se stalno povlačiti pri penjanju je postotak naznačen na prometnom znaku težine praznog vozila (biciklista + bicikl). Na primjer, s težinom od 90 kg, pri kretanju uzbrdo sa nagibom od 10%, bicikl će povući silu od 9 kg. Budući da vjerujemo da biciklista ima na raspolaganju 200 vati snage ili, kako je gore rečeno, 2,9 kg vučne sile pri brzini od 25 km/h, jasno je da on ne može voziti takvom brzinom, budući da 2,9 kg vuče naprijed je manje od 9 kg povlačenjem unazad. Ali kako se brzina smanjuje, "sila vuče" se povećava. Zanemarujući gubitke od trenja i otpor vazduha, može se voziti brzinom od W/F (dostupna snaga podeljena sa silom povlačenja), odnosno 8 km/h. (200 / 9 / 9.81 * 3.6) . Izgleda kao istina 🙂
Ima i dobrih vijesti. Kada se vozite niz brdo s nagibom od 10%, to daje (biciklisti o kojem smo gore govorili) 9 kg vučne sile, što je tri puta više od pedaliranja. Stoga okretanje pedala, općenito, nema previše smisla. Bolje sačuvaj svoju snagu.
Trenje
Prvi član R ima nepoznat koeficijent trenja. Tačnije, koeficijent trenja kotrljanja (k = k'*r, gdje je r polumjer točka). Zavisi od "kotrljanja" gume i kvaliteta puta. Naravno, može se značajno razlikovati, a podatke je teško pronaći. Za početak možemo uzeti k = 0,004 za kolovoz na asfaltu, iako postoje podaci koji su 10 puta manji i 4 puta više. Ako to uporedimo sa silama pri vožnji uzbrdo, onda se takav koeficijent trenja čini kao da idete uzbrdo sa nagibom od 0,4%, odnosno praktički ništa 🙂 U kilogram-sili, ovo je 0,36 kg. Odgovarajuća hipotetička brzina (bez klizanja i otpora zraka, na primjer na stacionarnom biciklu) pri 200 vati = 204 km/h. Ne baš kao istina 🙂 Obično odmah osjetite da li se bicikl kotrlja ili ne. Ili ovaj bicikl/gume/pritisak u gumama/asfalt, itd. kotrlja bolje, a onaj tamo gore. Sudeći po proračunima pri brzinama znatno manjim od 200 km/h, takvih senzacija ne bi trebalo biti, svi bi bicikli trebali izgledati isto.
Windage
U "aerodinamičkom" terminu, postoje dva parametra koja utiču na otpor. Prvi je “frontalni” dio (S).
Ovaj parametar se može izmjeriti korištenjem sličnih fotografija. To ću učiniti kasnije, kada uporedim proračune sa eksperimentalnim podacima. Za sada možemo pretpostaviti da je S = 0,5 m2. Drugi parametar Cx je najmisteriozniji. Ovo je koeficijent ili koeficijent aerodinamičkog otpora. tok okolo.
Ovaj koeficijent ovisi o tome koliko je glatka površina i koliko je savršen aerodinamički oblik. Za evaluaciju možemo uzeti Cx = 0,5
Za brzinu od 25 km/h, aerodinamička sila otpora je jednaka 0,75 kg, ili će izabrati samo 51 vat od dostupnih 200 vati. A ako iskoristite svih 200 vati za aerodinamički otpor, tada će izračunata brzina biti jednaka 39 km / h, dok će aerokočna sila biti jednaka 1,9 kg. Iako je teško komentarisati. Pri 25 km/h aerodinamički otpor se zaista ne osjeća posebno, a 39 km/h u mom slučaju se postiže pri spuštanju s brda, a brdo može dati ogroman plus snazi pedaliranja.
Općenito, za gore procijenjene parametre (težina bicikliste + bicikl = 90 kg, asfalt) za vožnju na malom brdu, koji možda neće izgledati kao brdo = 1% (ovo je pad od 1 metar na 100 metara staze), raspoloživih 200 vati daće brzinu od 30,7 km/h Raspodjela troškova: trenje 15% (0,36 kg), klizanje 38% (0,9 kg), aerodinamika 47% (1,14 kg). A kada se spuštate s istog brda, brzina će se povećati na 43 km / h, a pojavila "trakcija" sa brda = 0,9 kg omogućit će kompenzaciju povećanih gubitaka zbog otpora zraka = 2,2 kg.
Brojevi se mogu "dodirnuti" sa .
Dakle, prvi zaključci su otprilike ovako:
- Aerodinamički otpor je ispravnije upoređivati s vožnjom uzbrdo (nizbrdo), a ne sa savladavanjem trenja, jer brdo daje doprinos usporediv s "aero" čak i kod potpuno neprimjetnih nagiba.
- “Kotrljanje” bicikla se mora riješiti eksperimentalno. Moguće je da koeficijent trenje u mreži je jako potcijenjeno.
Postoji prekrasan eksperiment na mreži za postizanje brzine s različitom snagom primijenjenom na pedale. Odatle se mogu uzeti podaci za preciziranje distribucije doprinosa kotrljanja i aerodinamike. Ovo će biti urađeno u bilješci.
Napominjem da je stabilno kretanje razmatrano gore. To znači da se uopće nije vodila računa o inerciji pokreta, koja je velika pri vožnji. Na primjer, ubrzanjem s brda, posebno "uvijanjem" na dnu, lako možete uletjeti u mali uspon. Ali ako je uspon velik, tada će se na kraju potrošiti akumulirana inercija od prethodnog spuštanja. Tada na scenu stupaju gornje formule. Doprinos inercije je malo razmotren u napomeni.
Budući da klasični bicikl ima dva točka, da bi biciklista mogao da se vozi, mora stalno održavati ravnotežu i savladavati različite sile koje nastaju u procesu kretanja.
Samo zato što je bicikl jednostavan ne znači da je i tako jednostavan. Fizičke sile koje djeluju tokom vožnje bicikla temelje se na osnovnim zakonima nauke. Razmotrite glavne sile koje djeluju pri vožnji bicikla.
Spoljne sile
1. Sila gravitacije (gravitacije). Gravitacija je jedan od četiri fundamentalna fenomena u prirodi. Objašnjeno Newtonovim zakonom. Sila kojom djeluje direktno je proporcionalna tjelesnoj težini bicikliste. Što je veća težina bicikliste, to je jača sila gravitacije. Djeluje na bicikliste i komponente bicikla okomito na tlo. Snaga njegovog djelovanja se povećava prilikom vožnje biciklom uzbrdo i shodno tome opada pri spuštanju.
2. Sila otpora vazduha. Aerodinamičke sile koje djeluju na biciklistu su uglavnom zbir otpora zraka i čelnog ili bočnog vjetra. Pri srednjoj brzini i kretanju po ravnoj površini, aerodinamički otpor je najveća sila koja sprječava kretanje naprijed. Sa daljim povećanjem brzine, postaje nadmoćan, a njegova veličina daleko premašuje sve druge sile koje ometaju kretanje naprijed.
3. Sila otpora kotrljanja. Otpor kotrljanja je sila koja nastaje kada se okrugli predmet, u ovom slučaju točak bicikla, kreće duž ravne površine pravocrtnom brzinom. Javlja se uglavnom kada je točak deformisan, površina po kojoj se točak kreće ili su oboje deformisani. Kada vozite bicikl, ova sila se povećava s slabo napuhanim kotačima ili kada se krećete, na primjer, po pijesku. Također, sila otpora kotrljanja dodatno ovisi o faktorima kao što su polumjer kotača, brzina kretanja i vrsta dodirnih površina.
4. Sile nastale tokom manevara za balansiranje bicikla. Pojavljuje se prilikom promjene smjera bicikla ili prilikom manipulacije upravljačem kako bi se bicikl izbalansirao i održala ravnoteža. Određeno centrifugalnom silom. U mehanici se termin centrifugalna sila koristi da objasni dva pojma - inercijsku silu i centripetalnu silu. To su složeni procesi i potrebno je dosta vremena da se rastavljaju. Svi su opisani u udžbenicima.
unutrašnje sile
1. Obrtni moment- ovo je sposobnost rotacije predmeta oko svoje ose, odnosno točka bicikla, uz pomoć primijenjene sile. Silu stvaraju noge bicikliste, a obrtni moment se prenosi sa pedala na točak bicikla pomoću lanca, kardana, remena ili drugog prijenosa. Podesivo odabirom prednje i zadnje zvijezde u raznim opcijama.
2. Druge unutrašnje sile uglavnom uzrokovano trenjem između pokretnih dijelova bicikla i mogućnosti njegovog dizajna. Njihova vrijednost ovisi o vrsti ovjesa, prijenosa, upravljačkog mehanizma i drugih strukturnih elemenata.
Pročitajte i na ovu temu:
Na biciklu, kako bi se prenio obrtni moment sa lanca na glavčinu stražnjeg točka, koriste se tri glavna tipa prijenosa: Kasetni prijenos. Neozbiljan prenos. Freecoster transfer.
Ne postoje stroga pravila, svako bira svoju verziju, ponekad veoma različitu od opšteprihvaćene. Sa sticanjem vozačkog iskustva, svaki biciklista razvija vlastite prioritete u odabiru opreme za sebe. U cilju očuvanja elemenata transmisije i produženja vijeka trajanja...
Prednji menjač. Njegov posao je da pomjeri lanac od jedne zvijezde do druge. Paralelogramski mehanizam pomiče okvir kroz koji prolazi lanac. Prilikom prebacivanja na drugu brzinu, okvir se pomiče i nalazi se iznad željene zvijezde ...
Postoji direktna veza između pritiska u komori i lakoće vožnje bicikla. Nedovoljno napuhani točkovi usporavaju bicikl, i obrnuto, komore ispunjene vazduhom koji ne prelazi maksimalni pritisak daju lakoću kretanja...
Izum lančanog pogona prije više od stotinu godina bio je jedan od revolucionarnih koraka u razvoju bicikla. Uz pomoć lanca postalo je moguće prenijeti silu s pedala na stražnji kotač bicikla, što je omogućilo smanjenje veličine kotača na moderne veličine ...
Bicikl na dva točka ne pada u pokretu, jer onaj ko ga vozi stalno održava ravnotežu. Područje za podupiranje bicikla je malo - to je ravna linija povučena kroz tačke kontakta točkova bicikla sa tlom. Dakle, bicikl je u stanju dinamičke ravnoteže.
To se postiže upravljanjem: kada je bicikl nagnut, osoba okreće volan u istom smjeru. Nakon toga, bicikl se okreće, dok centrifugalna sila vraća bicikl u početni vertikalni položaj. Proces upravljanja za održavanje ravnoteže je kontinuiran, tako da kretanje bicikla nije ravno. Ako je volan fiksiran, bicikl će pasti.
Postoji veza između brzine i centrifugalne sile. Što je veća brzina, to je veća vrijednost centrifugalne sile i, shodno tome, manje je potrebno skrenuti volan da bi se održala ravnoteža.
Da biste se okrenuli, morate nagnuti bicikl u stranu tako da zbroj centrifugalne sile i sile gravitacije prođe kroz liniju potpore kotača. Ako to nije slučaj, onda će centrifugalna sila okrenuti bicikl u drugom smjeru. Da bi se olakšala ravnoteža, dizajn upravljanja biciklom ima svoje karakteristike. Osa stuba upravljača je nagnuta unazad, a ne postavljena okomito. Prolazi ispod ose rotacije točka i ispred tačke u kojoj točak bicikla dodiruje tlo. Ovom vrstom dizajna postižu se sljedeći ciljevi:
Prilikom kočenja tokom vožnje biciklom, glavna stvar je održati ravnotežu. Kočenje nije ništa manje važno od same vožnje, a najvjerovatnije najvažnije, jer od toga ovisi zdravlje biciklista. Ako poznajete teoriju ponašanja bicikla u trenutku kočenja, možete uvelike smanjiti broj modrica i udaraca (nažalost, još uvijek ne možete bez toga).
Definicija je jasna. U enciklopedijama piše da "kočiti znači usporiti kretanje uz pomoć kočnice". Ali na kraju krajeva, cijela stvar je u tome da obično sve ne zanima što da uspore (iako ovo treba spomenuti), obično sve zanima kako usporiti pokret (pritisnete polugu i to je to), i ne kako ga usporiti u određenoj specifičnoj situaciji na putu.
Možete pokušati oslikati puno teoretskih savjeta za sve moguće situacije na cesti, ali uvijek postoje izuzeci od pravila i prije ili kasnije biciklist se nađe u situaciji da nema dovoljno preporuka. Najvažnije je da kočenje tokom vožnje bicikla treba dovesti do automatizma, jer u hitnim slučajevima jednostavno nema vremena razmišljati kako to učiniti kako treba i zapamtiti teoriju.
Intuicija pomaže u donošenju prave odluke, ali morate znati i neka teorijska pravila ponašanja bicikla u trenutku kočenja.
Kotrljanje bicikla zavisi od različitih faktora: karakteristika rama, amortizera, prečnika točkova, guma, pritiska u komorama, ukupne težine bicikla i mnogih drugih. Odbijanje se ne može mjeriti brojevima. Iskusni biciklisti to mogu osjetiti i cijeniti. Za amatere razlika je posebno vidljiva ako zamijene, na primjer, jeftin bicikl za skuplji i kvalitetniji.
Okvir. Postoji izraz "rolling frame". Ali, vrlo je teško osjetiti razliku između okvira koji se ne kotrlja i okvira koji se ne kotrlja, jer su jasno uočljive karakteristike karakteristične samo za vrlo skupe modele. Okviri napravljeni od skupih materijala imaju tendenciju da apsorbuju udarce i vibracije. Duži dizajn okvira pomaže vozaču da dobije aerodinamičniju poziciju za vožnju na biciklu, što ima pozitivan učinak na kotrljanje. Ali, na konvencionalnom biciklu, kotrljanje sa okvira ne zavisi toliko koliko od drugih komponenti.
Veličina kotača. Jedan od glavnih faktora koji utječu na kotrljanje bicikla. Veći točkovi od 28" ili 29" idu brže od točkova od 26", tako da se bicikl više kotrlja s njima. Sada popularne devetke sa točkovima od 29 inča imaju ovaj kvalitet.
Zaštita guma. Najbolje su glatke, uske gume bez kotrljanja gazećeg sloja. Najgore od svega je široka agresivna guma sa visokim šarama gazećeg sloja.
Budući da klasični bicikl ima dva točka, da bi biciklista mogao da se vozi, mora stalno održavati ravnotežu i savladavati različite sile koje nastaju u procesu kretanja. Samo zato što je bicikl jednostavan ne znači da je i tako jednostavan. Fizičke sile koje djeluju tokom vožnje bicikla temelje se na osnovnim zakonima nauke. Razmotrite glavne sile koje djeluju pri vožnji bicikla.
1. Sila gravitacije (gravitacije). Gravitacija je jedan od četiri fundamentalna fenomena u prirodi. Objašnjeno Newtonovim zakonom. Sila kojom djeluje direktno je proporcionalna tjelesnoj težini bicikliste. Što je veća težina bicikliste, to je jača sila gravitacije. Djeluje na bicikliste i komponente bicikla okomito na tlo. Snaga njegovog djelovanja se povećava prilikom vožnje biciklom uzbrdo i shodno tome opada pri spuštanju.
2. Sila otpora vazduha. Aerodinamičke sile koje djeluju na biciklistu su uglavnom zbir otpora zraka i čelnog ili bočnog vjetra. Pri srednjoj brzini i kretanju po ravnoj površini, aerodinamički otpor je najveća sila koja sprječava kretanje naprijed. Sa daljim povećanjem brzine, aerodinamički otpor postaje ogroman, a njegova veličina daleko premašuje sve druge sile koje ometaju kretanje naprijed.
Kada je poboljšanje tehničkih karakteristika bicikla doseglo određenu granicu i praktički nije bilo razlike u performansama pojedinih komponenti različitih proizvođača, obratili su pažnju na otpor zraka koji biciklist savladava prilikom vožnje. Ovaj indikator je imao impresivnu brojčanu vrijednost, tako da je bilo na čemu raditi.
Kao iu industriji aviona i automobilskoj industriji, aerotunel se koristi za testiranje kako nadolazeći tok zraka utiče na bicikliste. Ovaj skupi uređaj pomaže u određivanju interakcije objekta (bicikliste) sa strujom zraka, kao i u određivanju sile djelovanja u brojčanoj vrijednosti. Tokom testiranja utvrđuje se optimalno pristajanje bicikliste, kao i koeficijent otpora na nadolazeće strujanje zraka pojedinih dijelova bicikla i opreme sportaša.
Dizajn aerotunela je prostorija, na čijoj su jednoj strani ugrađeni ventilatori velikog kapaciteta koji stvaraju strujanje zraka koji simulira čeoni vjetar, čija se brzina kontrolira promjenom snage elektromotora koji rotiraju ventilator lopatice
Tokom rada bicikla, na okvir se primjenjuju opterećenja koja se ponavljaju mnogo puta. Ova ciklična opterećenja nastaju zbog nepravilnosti na kolovozu: jame, neravnine, udarne rupe u asfaltu itd. Kada su se legure aluminijuma počele koristiti u raznim konstrukcijama (posebno u avijaciji i astronautici), istraživanja su pokazala da jedno opterećenje ne uzrokuje deformacije i uništavanje materijala, ali je određeni broj ciklusa opterećenja u materijalu konstrukcija uzrokovao deformacije, pukotine i naknadno razaranje. Ovu pojavu karakteriše termin „otkazivanje zamora“. Broj ciklusa opterećenja koji dovode do kvara naziva se „trajnost zamora“.
Iste studije su pokazale da prisutnost pukotina, udubljenja, rupa, zavara u najopterećenijim dijelovima konstrukcije smanjuje trajnost same konstrukcije za red veličine. Ovaj trend se naziva „lokalna koncentracija stresa“. Čak i mala rupa u strukturi doprinosi povećanju naprezanja pored nje za najmanje 2 puta, a ogrebotina dovoljne dubine za 5-6 puta. Pukotina podiže lokalno naprezanje do granice popuštanja i stoga se sistematski povećava sa povećanjem brzine.