Autoparts-remix.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Колеса велосипед для равновесия

Как держать равновесие на велосипеде — влияние гироскопического эффекта на большой скорости

Но что еще помогает держать равновесие на велосипеде? Оказывается, гироскопический эффект (смотрите схему ниже). Раскрученное велосипедное колесо обладает всеми свойствами гироскопа. Чем больше его масса (точнее, момент инерции) и скорость вращения, тем сильнее действие гироскопического эффекта. Если колесо повернуть налево вокруг вертикальной оси, оно наклонится в правую сторону. А если его наклонить влево, то оно послушно повернется налево. Оба этих эффекта (их называют гироскопической прецессией) оказываются до крайности полезными для автоматического удержания равновесия и для руления.

Если вращащееся колесо поворачивать налево, оно наклоняется строго вправо, но если его наклонять влево, оно поворачивается налево.

Пусть велосипедист, опять же безмятежно катясь по прямой, ровной и гладкой дороге без рук и любуясь пейзажем, случайно отклонился от вертикали влево. Немедленно гироскопические силы помогают повернуть переднее колесо налево. И велосипед начинает равномерный вираж в левую сторону. Одновременно возникает центробежная сила, направленная вправо. Она стремится восстановить сходное прямолинейное движение и вертикальное положение, не даёт велосипеду наклониться. Велосипедист тогда вправе выбрать: продолжать поворот, или катить дальше по прямой.

Теперь еще немного о рулении. Есть два известных способа совершить поворот, когда велосипед катится прямо:

2 — повернуть руль.

В отличие от случайного наклона велосипеда, который был только что рассмотрен, выясним, что реально произойдет, если умышленно повернуть руль влево. Сразу возникает гироскопическая прецессия переднего колеса, действующая направо и, как дополнение к ней, центробежная сила, приложенная к ЦТ. На большой скорости эти две силы легко могут привести к падению. Однако, если на мгновение быстро повернуть руль в противоположном направлении (направо) и вернуть его обратно в исходное положение, то прецессия и центробежная сила наклонят велосипед в искомую сторону — налево. Затем в действие вступает сила тяжести, усугубив наклон и запустив гироскопическую прецессию, поворачивающую переднее колесо и велосипед в установившейся поворот. Реально движение рулем очень маленькое, так как гироскопическая прецессия зависит не от амплитуды движения, а от скорости. Прием этот называют по-разному, «контрруление» или «противоруление». Более всего он известен среди мотоциклистов. Большинство велосипедистов о нем совершенно не задумывается, но постоянно его использует, а что им еще остается?

Теперь нам остается посмотреть, как эффективнее всего направить велосипед из прямолинейного качения в поворот движением корпуса. Чем-то это напоминает идею «контрруления», только наоборот, без движения руля. Иногда встречается термин «контрнаклон». Для того, чтобы наклонить велосипед в одну сторону, надо переместить корпус в другую, как бы оттолкнувшись от него. Но перемещение должно быть не только вбок, но и слегка вверх, как будто раскачивают качели. На практике это означает, что для наклона велосипеда влево необходимо сначала сдвинуть корпус вправо, слегка приподнявшись на педалях, и круговым движением вернуться в исходное состояние (на седло). В обоих случаях, «контрруления» и «контрнаклона», физическое действие выглядит противоестественным, противоположным здравому смыслу. Но при обучении езде на велосипеде эти навыки становятся автоматическими, «зашитыми» на подсознательном уровне, например, как умение плавать.

Гироскопический эффект.

Д. Джонс показал, насколько сильно влияет на устойчивость гироскопический эффект, и можно ли сделать абсолютно неустойчивый велосипед.

Он попробовал убрать гироскопический момент. Для этого был сделан экспериментальный велосипед HB-1, в котором было специальное переднее колесо, не контактирующее с поверхностью. Его диаметр и масса точно совпадали с основным передним колесом велосипеда HB-1. С помощью этого дополнительного колеса достигался нулевой суммарный момент за счёт того, что оно вращалось в противоположную сторону основному колесу.

И несмотря на это было достаточно легко ездить НВ-1. Независимо от того в какую сторону вращалось дополнительно колесо или вообще не вращалось велосипед был лёгок в управлении. Этот эксперимент показал, что на обычных скоростях роль гироскопических сил очень маленькая. Когда же НВ-1 запустили без велосипедиста, он повел себя очень интересно. Если дополнительное колесо вращалось в противоположную сторону, то велосипед сразу падал. Когда оба колеса вращались в одну и ту же сторону, то даже на маленьких скоростях велосипед очень хорошо держал равновесие.

Результаты эксперимента получились достаточно очевидными: велосипед сам по себе стабилизируется гироскопическими силами, а велосипед с велосипедистом — нет. Слишком малы гироскопические силы по сравнению весом и силами инерции велосипедиста.

Вероятнее всего, у дорожных, городских и горных велосипедов гироскопические эффекты начинают хоть как-то сказываться на скоростях далеко за 30 км/ч. А для шоссейных с их сверхлегкими колесами — при гораздо более высоких скоростях. Так что гонщику надо очень постараться, максимально разогнавшись на длинном спуске, войдя в крутой поворот, чтобы этот эффект внёс ощутимый вклад в удержание равновесия. Скорее всего, его быстрее снесет центробежной силой с дороги.

Боковые колеса на детский велосипед. Подбор, установка, нюансы и опыт.

Рано или поздно наступает период, когда ребенку покупается первый велосипед или когда трехколесный становится мал, а ездить на двухколесном малыш еще не умеет.

На мой взгляд, учить маленького ребенка (как минимум до 5-6 лет) кататься на велосипеде нужно используя беговел. На этом чудном средстве передвижения малыш сам и очень быстро может освоить самое главное умение при езде на велосипеде – умение держать равновесие. Да и научить малыша кататься на беговеле гораздо проще, быстрее и травмобезопаснее, чем на велосипеде.

Когда ребенок учится кататься на двух колесном велосипеде одним из важных элементов при этом является использование дополнительных боковых колесиков, для предотвращения его падений.

Большинство моделей детских велосипедов идут уже укомплектованными боковыми колесиками. Но бывают случаи, когда для удешевления их не комплектуют, или если велосипед достался по наследству от старших детей в семье или был куплен как б/у и на нем нет этих страховочных колес. В этом случае их можно докупить отдельно.

В принципе, вопрос покупки дополнительных страховочных колес для детского велосипеда не самый трудный в жизни родителей, но есть несколько интересных нюансов, которые мы обсудим в этой статье, чтобы облегчить им жизнь.

Читать еще:  Дарственная как способ передачи имущества

Прежде всего, давайте определимся в том, что страховочные колесики:

  • Выполняют функцию защиты ребенка от заваливания и падения велосипеда, пока малыш не научится хорошо держать равновесие.
  • Изготавливают только для детских велосипедов с размерами колес от 12 до 20 дюймов. Лично я для больших колес ничего не встречал.
  • Ставят не только на односкоростные детские байки, но и на многоскоростные. Для этих байков кронштейны для колесиков имеет специальную форму, и об этом мы поговорим чуть ниже.

В интернете масса самых различных моделей таких колесиков за различные цены – прямо глаза разбегаются.

На что обратить внимание при выборе боковых колес на детский велосипед

  1. Размер колес велосипеда.
  2. Сколько на нем скоростей. Чаще, конечно, берут на односкоростной, но иногда нужно купить колесики и на многоскоростной велосипед.
  3. На сами маленькие боковые колесики, из чего сделаны, какое у них покрытие, используется ли в них подшипник.
  4. На форму и размер стоек (кронштейнов) для крепления колесиков к велосипеду

Прежде всего, посмотрите на колесики.

Сами боковые колесики бывают

  • Обычно стандартного диаметра в 11 см. и по толщине более 2 см.
  • На промподшипниках или просто на болте, играющем роль оси вращения и крепления к стойке.
  • Сплошными, без спиц, пластиковыми или металлическими
  • Пластмассовыми со спицами
  • Покрытыми резиной, силиконом, жестким ПВХ или просто пластмассовые

Все они различаются по цене и своим эксплуатационным свойствам.

Сплошные пластмассовые и железные колеса без подшипника, а на простом болте, играющем роль оси вращения, отличаются громким шумом во время езды. Он возникает от жесткого трения об асфальт и постоянного биения колеса на болте. Особенно, если колесико имеет большой люфт на раскрученном болте. Правда это то же имеет и свои положительные стороны – мама всегда будет слышать, где едет её ребенок.

Колесики с силиконовым покрытием и на промподшипниках катают значительно мягче и тише. Они не бьются на оси вращения и обладают меньшим сопротивлением качению, что облегчает малышу кручение педалями.

Пластмассовое покрытие, жесткое резиновое и ПВХ гораздо быстрее стачиваются об асфальт, чем мягкое силиконовое.

Кронштейны для боковых колес изготавливают чаще всего из алюминия или его сплавов, гораздо реже из стали.

Они бывают следующих видов.

  • На жестких стойках разных размеров под разные диаметры колес велосипеда от 12 до 20 дюймов. Тут главное при покупке не ошибиться с размером стоек. Как их проверить описано ниже.
  • На жестких универсальных стойках, подходящих сразу на все размеры колес детских велосипедов (от 12 до 20). Очень удобны и, естественно, подходят на любой велосипед.
  • На складных стойках.

Встречаются редко и, на мой взгляд, бесполезная штука. Стоит дорого, ездить ребенку со сложенными колесами неудобно, да и смысла особого нет. Поехал без них — сняли колесики и все. Единственный плюс – при хранении занимают меньше места, особенно если вешать велосипед на стену или прятать в шкаф.

При выборе стойки учтите, что лучше брать, те, у которых есть упор на изгибе – они прочнее и не гнуться при регулярных боковых нагрузках.

Для крепления кронштейна к оси заднего колеса часто в комплекте идет специальная планка, для его фиксации к перьям рамы для того, чтобы они не сдвигались в вертикальной плоскости, а держались перпендикулярно земле.

Как правильно их крепить показано на этой фотографии.

Как определить высоту кронштейна для боковых колес на велосипед.

Если Вы покупаете их в магазине, чаще всего на упаковке описано для велосипедов с какими колесами они подойдут. Но, в случае покупки с рук, на рынке, или с невнятной упаковкой без каких либо надписей можно рекомендовать следующую идею расчета нужной высоты кронштейна.

Стойка вместе с колесиком должны почти доставать до земли исходя из размера заднего колеса. Как их правильно крепить описано чуть ниже.

Поэтому, из радиуса заднего колеса велосипеда (с учетом высоты покрышки) нужно вычесть радиус бокового колесика — это 5,5 см. и получится приблизительное расстояние от центра отверстия для крепления колесика до центра отверстия для крепления кронштейна к оси заднего колеса.

Например, диаметр колеса велосипеда в 12 дюймов — это 27 см, а радиус, соответственно, 13,5 см. Вычитаем радиус маленького колесика 5,5 см и получаем высоту между отверстиями: 8 см. Прикиньте, соответствует ли это расстояние на покупаемом кронштейне, и поймете, подходит ли он Вам.

Радиусы колес детских велосипедов (примерные)

  • 12 дюймов — 13,5 см
  • 14 дюймов — 18 см
  • 16 дюймов — 20,3 см
  • 18 дюймов — 23 см
  • 20 дюймов — 25,5 см

Учтите один нюанс – встречаются детские модели с 14 колесами, но с высокими и широкими покрышками. Для них лучше заранее перемерить нужную высоту кронштейна или сразу брать универсальный.

Как определить диаметр колеса велосипеда, если Вы в принципе не знаете какие колеса на байке у ребенка, описано в статье «Как определить диаметр колеса велосипеда», ну или просто измерьте его рулеткой — в этом случае миллиметровая точность не нужна.

Примерные высоты кронштейнов для разных размеров колес показаны на рисунке.

Правильное положение страховочных колес на детском велосипеде

При установке колес, прежде всего, нужно понимать, что они не должны касаться земли на одном уровне с задним колесом, а должны быть выше на 1-1,5 см, чем заднее колесо.

Напоминаем, что основная функция боковых колес – защитить от опрокидывания, а не удерживать велосипед во время езды.

Когда заднее и боковые колеса будут на одном уровне с землей, ребенок не сможет научиться держать равновесие. К тому же при малейшей неровности заднее колесо повиснет в воздухе. При этом если малыш крутит педали, то получится быстрое прокручивание колеса в воздухе, что может его немного испугать. А если велосипед остановится, то уже не сможет сдвинуться с места и так и будет стоять с зависшим над дорогой задним колесом.

Читать еще:  Причины возникновения неисправностей дизельных двигателей

Если боковые колесики будут слишком высоко подняты, то при наклоне они не сумеют предотвратить падение велосипеда.

Некоторые родители снимают сначала одно колесо, давая ребенку кататься с одним боковым колесом. На наш взгляд, этого делать не стоит. Малыш начинает ездить с перекосом на трех колесах, а держать равновесие у него не получается. К тому же он инстинктивно понимает, что, например, на правую сторону он не упадет, а на левую упадет, и при поездке перекашивается на право.

Как установить боковые колесики на детский многоскоростной велосипед

Бывает ситуация когда у ребенка первый велосипед сразу многоскоростной и с 20 колесами. Как быть в такой ситуации?

В продаже можно найти специальные боковые дополнительные колесики для детских велосипедов с переключателем скоростей.

Отличаются они только видами кронштейнов. Это могут быть кронштейны, крепящиеся к оси заднего колеса с наклоном вбок или кронштейны с креплением на перья рамы велосипеда.

Но есть и третий вариант, подсказанный жизнью. Он третий на рисунке выше.

Берут стандартные кронштейны для 20 дюймовых колес, но крепят их вверх ногами. Короткая часть, к которой обычно крепится колесико, в этом случае прикручивается к петуху на перьях, и, наоборот, в отверстие на длинной части кронштейна, которое обычно крепится к оси заднего колеса велосипеда, вставляется ось для крепления колесика.

Такой вариант значительно дешевле, чем стандартные, но для его реализации понадобится, что бы у мастера, который его делает, руки росли из правильного места. Возможно, придется некоторые отверстия рассверлить, в других местах поставить дополнительные шайбы в зависимости от формы петуха, переключателя скоростей и т.д.

Ну вот вроде бы и все основные моменты и нюансы, которые могут возникнуть при выборе и установке боковых страховочных колесиков, которые так же можно купить у нас в магазине.

Если у кого-то из читателей есть еще мысли или интересный опыт в этом вопросе пишите в комментариях.

Пересаживаем ребенка с трех колес на два

Умение кататься на велосипеде — чрезвычайно полезный навык, помогающий поддерживать отличную физическую форму, развивать координацию, выносливость и чувство равновесия. И чем раньше человек сядет на двухколесного коня, тем лучше, ведь в детстве многим вещам гораздо проще научиться, нежели в старшем возрасте. Потому каждый родитель должен постараться помочь своему ребенку овладеть искусством езды на велосипеде.

Правильнее всего начинать процесс обучения с езды на трех колесах. Такие велосипеды покупают малышам, начиная с полутора-двух лет. Трехколесные средства передвижения учат детей крутить педали, рулить, поворачивать, чувствовать себя уверенно. Если малыш в достаточной мере овладел перечисленными навыками, у него достаточно развита координация и мышцы ног, пора пересаживаться на два колеса. Обычно это происходит в возрасте 5-6 лет, но иногда чуть раньше (в 4 года) или позже. Как правильно пересадить ребенка с трех колес на два? Об этом мы подробно поговорим в этой статье.

Выбираем детский двухколесный велосипед

Чтобы обучение езде на велосипеде было максимально безопасным и приятным для ребенка, следует уделить особое внимание правильному выбору модели. Байк не должен быть слишком большим или слишком маленьким. Важно, чтобы малыш мог свободно опираться ногами о землю, чувствовал себя уверенно, потому высота рамы и диаметр колес (обычно это 12-16 дюймов) подбираются с учетом роста именно вашего ребенка.

Сиденье должно быть комфортным и правильно отрегулированным. Если ребенок отлично достает до педалек, но на нижней педали нога вытягивает и почти выпрямляется, кататься ему будет удобно. На руле в идеале должен стоять ограничитель, предотвращающий его выкручивание и, соответственно, падение малыша. Правильный руль достает до груди ребенка, а не встает под углом 90 градусов, чтобы при возможном падении не травмировать живот. Еще один важный критерий, служащий безопасности малыша, — защитный кожух цепи.

Обучение с помощью дополнительных колесиков

Чаще всего двухколесные велосипеды для самых маленьких оснащены подвесными колесиками, которые предотвращают падение, если ребенок не удержал равновесие и заваливается на бок. Такой вариант обучения считается безопасным, но в то же время более долгим. Подходит он для катания по ровным асфальтированным дорогам без множества ям и выбоин.

Прежде чем посадить ребенка на новый двухколесный велосипед нужно объяснить его отличия от трехколесного — рассказать, что придется держать равновесие, нельзя резко тормозить и поворачивать, так как в новом средстве передвижения центр тяжести располагается ниже и можно его опрокинуть.


Кроме того, важно правильно установить боковые колесики. Они ни в коем случае не должны быть на одном уровне с задним колесом или одновременно касаться земли, иначе большое колесо будет прокручиваться даже из-за малейшей неровности на дороге. Идеальный вариант на первое время — небольшой наклон и вправо, и влево, чтобы ребенок мог сам исправлять свои ошибки и выпрямлять байк. Пытаясь удержать равновесие, малыш может попеременно опираться на правое и левое боковые колесики, осваивая технику езды.

Со временем ребенок начнет кататься все лучше и лучше. Тогда можно постепенно приподнимать боковые колесики, не сообщая об этом юному спортсмену. После нескольких процедур вы заметите, что учебные колесики уже не касаются земли. Значит, пора их снимать — ребенок уже научился ездить на двухколесном велосипеде и держать равновесие.

Сразу на два колеса

Более эффективно и быстро, но в то же время трудоемко для родителей — сразу посадить ребенка на двухколесный велосипед без боковых колесиков. Такой метод обучения предполагает помощь и постоянный контроль со стороны взрослых, чтобы малыш не упал, потеряв равновесие. Лучше всего держать ребенка за плечи и бежать сбоку или сзади велосипеда. Можно также выправлять наклон, поддерживая седло или багажник. Но ни в коем случае не следует держать руль велосипеда. Это только помешает ребенку научиться балансировать с его помощью и чувствовать равновесие. Да и самостоятельно выбирать направление движения всегда интереснее и приятнее.

Читать еще:  Как снять поддон на рено логан


Для обучения езде на двухколесном велосипеде нужно найти полянку или открытую площадку, ведь ребенку вряд ли захочется ехать только по прямой, а для плавных поворотов в первое время нужно побольше пространства. Не следует торопить малыша, ругать за неудачи или заставлять учиться. Главное — чтобы ребенок сам хотел и любил кататься. Тогда обучение пройдет быстро и легко.

Итак, чтобы пересадить ребенка с трех колес на два, нужно выбрать правильный велосипед и подходящий метод обучения, проявить максимум внимания и терпения. Тогда уже очень скоро ваш счастливый малыш будет уверенно ездить с вами на прогулки, получать массу удовольствия, укреплять мышцы и здоровье.

Физика движения велосипеда.

Для того, чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания : если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.

При повороте нужно наклонить велосипед в сторону поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию опоры. В противном случае центробежная сила опрокинет велосипед в противоположную сторону. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы.

Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли. Благодаря такой конструкции достигаются две цели:

  • При случайном отклонении переднего колеса движущегося велосипеда от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.
  • Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.

Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание , помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а сила трения возвращает переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.

Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить — расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определенный: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой — к колебательной неустойчивости, в частности — «шимми» (см. ниже). Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.

Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс на поддержание равновесия является неправильным.

На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/ч) переднее колесо может испытывать т.н. скоростные виляния ( speed wobbles ), или «шимми» — явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний — не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу, но если этого не сделать, они могут быть смертельно опасными.

Езда на велосипеде эффективнее (по затратам энергии на километр) как ходьбы, так и езды на автомобиле. При езде на велосипеде со скоростью 30 км/ч сжигается 15 ккал/км (килокалорий на километр), или 450 ккал/ч (килокалорий в час). При ходьбе со скоростью 5 км/ч сжигается 60 ккал/км или 300 ккал/ч, то есть езда на велосипеде в четыре раза эффективнее ходьбы по затратам энергии на единицу расстояния. Поскольку при езде на велосипеде расходуется больше калорий в час, она также является лучшей спортивной нагрузкой. При беге затраты калорий в час ещё выше. Необходимо учитывать, что ударные нагрузки при беге, а также неправильная езда на велосипеде (например, езда в гору на высоких передачах, переохлаждение коленей, отсутствие достаточного количества жидкости и т.д.) могут травмировать колени и голеностопный сустав. Тренированный мужчина, не являющийся профессиональным спортсменом, может в течение длительного времени развивать мощность 250 ватт, или 1/3 л. с. Это соответствует скорости 30—50 км/ч по ровной дороге. Женщина может развивать меньшую абсолютную мощность, но большую мощность на единицу веса. Поскольку на ровной дороге почти вся мощность расходуется на преодоление сопротивления воздуха, а при езде в гору основные затраты — на преодоление силы тяжести, женщины, при прочих равных условиях, едут медленнее по ровному месту и быстрее в гору.

По материалам Википедии

Количество просмотров: 14277

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector