Pagrindinės priežastys, kodėl važiuojant dviratis neapsiverčia

XIX a. pabaigoje, kai buvo pradėti naudoti dviračiai, reikėjo gauti vairuotojo pažymėjimą. Buvo suburtas autoritetingas komitetas, kuris mokė vairavimo teorijos ir praktikos bei išduodavo valstybinio numerio ženklus. Niekam nebuvo leista perduoti transporto priemonės. Atsargumo priežastis buvo paaiškinta padidėjusia rizika vairuojant dviratę transporto priemonę. Paprastas žmogus nesupranta, kodėl važiuojant dviratis neapvirsta. Keista, bet net fizikai, tyrinėjantys ratinių sistemų veikimą, negali vienareikšmiškai atsakyti į šį paprastą klausimą.

Teorinė analizė ir fizikiniai eksperimentai parodė, kad giroskopinio momento ir teigiamos šakės eigos nepakanka dviračio stabilumui užtikrinti. Be valdomo vairavimo, yra ir automatinis vairavimas. Be to, apkrovos pasiskirstymas atlieka svarbų vaidmenį išlaikant pusiausvyrą. Kaip matote, per gana ilgą dviračio gyvavimo laiką vis dar atrandamos ir tobulinamos naujos savybės.

Kodėl važiuojant dviratis neapsiverčia

Norint paaiškinti lengvą užduotį, dažnai vartojama metafora: „tai taip pat paprasta, kaip važiuoti dviračiu“. Iš tikrųjų reikia saugoti transporto priemones nuo kritimo. Iš pradžių buvo manoma, kad dviratis važiuoja dviratininko sąskaita. Žmogus, pajutęs konstrukcijos nuolydį, šiek tiek pasuka vairą kritimo kryptimi ir išlygina važiavimą. Tačiau važiuojant dideliu greičiu dviratis tampa stabilus ir nenukrenta, net ir atleidus vairą. Vėliau kilo hipotezių apie priekinio rato giroskopinį poveikį ir vairo mechanizmą. Tačiau paaiškėjo, kad nevaldomi dviračiai ir robotai dviratininkai taip pat nenukrenta.

Pagrindinis klausimas apie stabilumo priežastį yra toks: kas lemia tinkamą santykį tarp posvyrio ir posūkio? Visuotinai priimta nuomonė, kad poveikis atsiranda dėl sukamojo (giroskopinio) sukimo momento ir teigiamo šakės nuotolio. Dviračio pusiausvyrai užtikrinti būtinas priekinio rato stabilizavimo poveikis ir išcentrinė jėga, atsirandanti dėl judėjimo nuokrypio nuo tiesios vėžės.

Fiziniu požiūriu

Mokslininkai nustatė dviratėms transporto priemonėms stabilumą užtikrinantį modelį. Priekinė šakė užima pagrindinę vietą. Šis įrenginys apima vairo ašies pasvirimą žemės atžvilgiu. Susikirtimo taškas yra prieš dviračio rato sąlyčio su keliu liniją. Jei valdiklio kampas nukrypsta nuo nustatytos vertės, sukuriama reakcijos jėga, kuri grąžina transporterį į padėtį. Taip pats dviratis padeda išlaikyti pusiausvyrą.

Norėdamas atlikti posūkį, dviratininkas turi pakeisti svorio centrą. Pavyzdžiui, kai dviratis pasuktas į dešinę, priekinė ašis taip pat pasukta į dešinę, o ratas, sukdamasis pagal laikrodžio rodyklę (žiūrint iš apačios), iš dalies perduoda reaktyvųjį sukimo momentą vairo mechanizmui. Dėl išcentrinės jėgos vairas pasisuka į dešinę. Norėdamas atlikti posūkį, dviratininkas pasilenkia į kairę, taip nukreipdamas dviratį ir ratus į dešinę.

Antrasis transporto priemonės stabilumą lemiantis veiksnys yra greičio padidėjimas lėtėjant ir vairuojant. Stabilizavimo veiksmas grąžina ratus į teisingą padėtį ir neleidžia dviračiui apvirsti. Patyręs dviratininkas rankomis laikydamasis ant tvirtinimo taškų nukreipia vairą 2-3 mm į kelią.

Giroskopinis poveikis

Pusiausvyros teorija pagrįsta gerai žinomu fizikiniu reiškiniu, naudojamu kosminėje erdvėje, aviacijoje ir jūrų navigacijoje. Besisukančio objekto savybė išlaikyti judėjimo kryptį vadinama giroskopine jėga. Šis veiksmas pastebimas važiuojant pakreiptu dviračiu. Kol ratai sukasi, transporto priemonė išlaiko pusiausvyrą ir niekada neapvirsta. Pavyzdžiui, juvelyrinis ar vaikiškas sraigtasparnis „veikia“ tik tada, kai jis sukasi. Siekdami patikrinti hipotezę, fizikai sukūrė specialios konstrukcijos dviratį. Priekyje buvo sumontuotas papildomas ratas, kuris nelietė žemės ir sukosi priešinga kryptimi. Eksperimento rezultatai nustebino mokslininkus. Dviratis puikiai judėjo ir nenukrito be giroskopo.

Taigi, patvirtinę pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos važiuojančios dviratės transporto priemonės stabilumui, mokslininkai vis dar svarsto naujas versijas.

Įdomūs faktai

V.A. Jakubovičius

1. Matematinę teoriją, paaiškinančią judančio dviračio stabilumą, pateikė mokslų daktaras V. A. Jakubovičius. Mokslininkas paaiškino, kodėl dar niekada nebuvo sukurtas autonominis robotas, valdantis dviratį. Paaiškėjo, kad internete pasklidusi informacija apie mechaninius dviratininkus yra klastotė. Atidžiau įsižiūrėjus į kibernetiką paaiškėjo keletas gudrybių. Išradėjai pritvirtino svarmenis, kad padidintų konstrukcijos stabilumą, sumažino svorio centrą ir pagreitino važiuojantį dviratį iki didelio greičio.

Mokslininko oponentai įrodinėja priešingai. Robotas mokosi labai greitai. Taip yra dėl santykinai paprastų užduočių: reikia tik išmokti išlaikyti pusiausvyrą. Jis turi gebėjimą, kurio neturi žmonės: reaguoja akimirksniu ir 5 kartus per sekundę „pasuka“ ratą.

2. JAV mokslininkai teigia, kad dviratis be dviratininko gali automatiškai pasukti save, kad nenugriūtų. Remdamiesi linijinio stabilumo skaičiavimais, tyrėjai sukūrė dviratį su papildomais ratais, besisukančiais priešinga kryptimi, ir neigiama vairo padėtimi.
3. Nuomonė skiriasi nuo fizikų hipotezių. Dviračio energijos šaltiniai yra dviratininko galvoje. Žmogaus smegenys sunkiai dirba, kad nenukristume. Dviratininką išlaikyti pusiausvyrą padeda pasąmonė.

Išvada

Yra įrodymų, kad giroskopas ir ratukai yra svarbūs išlaikant dviračio stabilumą važiuojant. Tačiau nėra aiškaus paaiškinimo, kodėl važiuojant dviračiu jis nevirsta. Gali būti, kad egzistuoja papildoma jėga, kurios supratimas laikinai pranoksta dabartines žinias.