Žiroskopski učinki imajo skoraj nič storiti s svojo sposobnostjo vožnje s kolesom

2024 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 09:38

Problem s silami, ki nastanejo zaradi žiroskopskega učinka na tipičnem kolesu, je, da preprosto niso zelo močni, če menijo, da je fizika vključena v večino središčne mase kolesa na vrhu (z vami na njem). Vi v bistvu tvorijo obrnjeno nihalo, ki je veliko težje uravnotežiti kot obratno.

Če želite ponazoriti, koliko sile potrebujete tukaj, naj oseba pride na kolo, ki je popolnoma mirno. Zdaj poskušajte držati kolo in osebo, osredotočeno tako, da držite okoli osi ene od pnevmatik. Če želite to silo primerjati s količino, ki nastane zaradi žiroskopskih učinkov, vzemite odloženo kolesno pnevmatiko s klini na straneh in obesite na njih. Sedaj pa nekdo nekako hitro vrti pnevmatiko; ko se vrti, poskušajte nagniti pnevmatiko tako ali drugače.

V tem poznejšem primeru boste občutili žiroskopske učinke, vendar bi morali to storiti nekoliko preprosto, saj bo sila, ki jo boste tukaj občutili, verjetno le nekaj kilogramov ali 5-10 kilogramov (čeprav bi se lahko počutili bolj kot pri roke raztegnjene in naravnost pred vami). V prejšnjem primeru, ko oseba, ki sedi na kolesu, razen če so bili izredno lahki ali ste Hercules, mislim, da se ne morete približati, da bi jih ohranili uravnoteženo, še posebej, če so roke v celoti raztegnjene.

Če te to ne bi prepričalo, poglejmo matematiko (primer, ki ga je opravil Dr. Hugh Hunt iz Univerze Cambridge):

Pri vožnji precej hitro pri hitrosti 12 mph (približno 6 m / s) se tipično kolesno kolo (premer 600 mm, obseg 2 m) vrti 3-krat na sekundo, kar je vrtilna frekvenca w = 20 radianov na sekundo.

Njegova periferna masa okoli m = 1kg, je koncentriran na obroču, to je v polmeru r = 300 mm. Trenutek vztrajnosti J je torej J = gospod² = 0,1 kg m² (dovolj blizu).

Recimo, da spadam in poskušam uporabiti žiroskopski učinek, da mi pomagajo, da me spet vzpnejo. Razmislite o nekaterih precej izbruhnih rogovih krmila s sinusoidno s hitrostjo, recimo, f_ročaj= 1,6 vreče na sekundo (enakovredno kotni frekvenci vlečenja w _ročaj= 2 str f_ročaj = 10 radianov na sekundo) in pri amplitude, recimo, +/- 6 stopinj (tj M_ročaj= 6/180 * p = 0,1 radiana).

Premikanje gibanja je torej T_ročaj = M_ročaj greh (w_ročaj t) in s tem razlikovanjem dosežemo maksimalno hitrost ročaja Q = w_ročaj. M _ročaj = 10 * 0,1 = 1 rad / s. To je prisilna stopnja predcesa prednjega kolesa, ki deluje kot žiroskop. Na svojem vrhu je par zahteval, da se doseže ta precesijska gibanja zaradi žiroskopskih učinkov M = J w Q = 0,1 * 20 * 1 = 2 N m Kolo in jaz tehtamo, recimo, 100 kg = 1000 N, tako da mi bo žiroskopski učinek pomagal le, če ne bi bil nagnjen več kot 2 mm od popolnoma pokončnega (1000 N * 0,002 m = 2 Nm).

Tako je žiroskopski učinek na kolesu, tudi pri 12 mph, praktično nič v smislu, kaj bi bilo potrebno, da bi se držali pokonci. Kako torej ne padeš čez dve sekundi na kolo?

Delno je to posledica samo vaše sposobnosti uravnoteženja. Vendar pa ste verjetno opazili, da je težko ostati uravnoteženo na kolesu, ko je mirno. Ko začnete iti res počasi, boste opazili, da naravno naredite velike popravke krmilnika, da bi bili uravnoteženi. To je pravzaprav primarna stvar, ki vas dejansko drži pokonci na kolesu pri kateri koli hitrosti, in sicer korektivnem krmiljenju. Ko se v eni smeri počutite neravnovesja, vam bo vodilo v tej smeri vodilo v kompenzacijo, s tem pa se posledična centripetalna sila izravnava, če ste nastavili ustrezno količino vrtljajev glede na vašo hitrost in druge dejavnike. Če ste se več obrnili, boste morali narediti še en popravek, ki bo nadomestil neravnovesje, ki ste ga ustvarili s prekomernim popravljanjem. Čim hitreje ste, manjši je popravek, ki je potreben, da boste uravnoteženi.

Na začetku so ti korektivni gibi ponavadi relativno veliki in pogosto s prekomerno kompenzacijo, ker vaše telo še vedno uči vožnjo s kolesom. To je razlog, zakaj ste ponavadi rahlo šokirani in razbitine veliko, ko se prvič učite. Sčasoma bodo ti popravki manjši in manjši ter natančnejši, dokler ne boste opazili, da jih sploh delate, medtem ko vozite s kolesom nad super počasnimi hitrostmi (očitno jih boste še vedno opazili, ko ste se komaj premikali s kolesom in podobno, kot je navedeno zgoraj).

Bonus Dejstva:

• Mnogi ljudje mislijo, da če ste vzeli dve pnevmatiki in jih zavrteli v nasprotnih smereh, bi imeli isti žiroskopski učinek, kot da se vrtijo v isti smeri. Pravzaprav se bo zgodilo, da bi se, če bi se kolesa zavrtela v nasprotnih smereh, oba medsebojno izničila, kar zadeva žiroskopski učinek. To dejstvo je bilo uporabljeno, da ljudem dokaže, da brez giroskopskega učinka lahko vozijo brez težav in z dodatnimi kolesi vzglavijo rahlo od tal, ki zavirajo dejanske pnevmatike.
• Še naprej usmerimo središče mase za kolo + osebo, ki vozi kolo, manj gibanja prednjega kolesa, ki bo potrebna za vzdrževanje ravnovesja. To je verjetno najbolj opazno pri določenih motornih kolesih po meri, pri katerih se sprednje kolo dobro držijo s kolesa.
• Še en manj znani dejavnik kolesarske sposobnosti vožnje je nekaj, kar se imenuje "pot". Preprosto povedano, to je merilo, kako se razdalja od točke sprednjega kolesa dotakne talnih stez z kontaktno točko krmilne osi, kjer se vrti celotni krmilni mehanizem (vilica, krmilo, sprednje kolo itd.). Daljša pot bo kolo počutila veliko bolj stabilno kot krajša. Če pa je pot predolga, se bo kolo težko usmerjalo. Kolesa s premajhno potjo ali celo negativno potjo se bodo počutila neustrezno; čeprav, zaradi korektivnega krmiljenja, jih lahko še vedno vozite. Zaradi težav s krmiljenjem s povečano potjo, gorsko kolo in turne kolesa imajo običajno manj sledi kot kolesa. V primeru gorska kolesa to omogoča več "agility" na kolesu, da pomaga nadomestiti težki teren. V primeru turneja koles, to pomaga nadomestiti dejstvo, da boste verjetno pakiranje po precej košček prtljage z vami in s tem, dodatna teža nizka tla. Zato se bodo turna kolesa pogosto počutile nestabilne, če nimate prtljage, ki je dodana, in nizka na tla.
• Medtem ko sile žiroskopov in sledi skoraj ne zadostujejo, da bi bili uravnoteženi na kolesu, so običajno zadostni, da ohranijo brezkrtačno kolo naravnost, dokler ne upočasni določeno točko, ki se od koles do kolesa razlikuje glede na velikost koles in pot.
• Nekaj, ki se imenuje "gyrobike", je trenutno v razvoju, ki ljudem pomaga, da se naučijo vožnje s kolesi. To kolo ima notranji vztrajnik, ki zagotavlja znatno povečanje žiroskopskega učinka. Izumitelji tega kolesa nato upajo, da bi se lahko razvil, kjer bi bil giroskopski učinek zadosten, da bi bil kolo večinoma uravnotežen tudi z voznikom, medtem ko še vedno ni preveč okoren kolo glede na težo in podobno.
• Še en kraj, kjer boste videli ta nekoliko podzavesten pojav "samodejnega popravljanja", je, ko poskušate stati na enem mestu na eni nogi. Pri tem morate pazljivo ravnati, da preprečite padec. Takoj, ko začnete skušati, večina ljudi ima malo težav pri ohranjanju uravnoteženega položaja. To je zato, ker pri hmelju ne le naravno ustvarjate korektivne premike, temveč boste imeli tudi vašo stopalsko zemljo, kjer je treba biti, da se boste uravnotežili.