Фізика велосипеда
Моменти сил під час руху велосипеда
Досягається це за допомогою підрулювання: при нахилі велосипеда людина повертає кермо в той же бік. Після цього велосипед повертає, при цьому відцентрова сила повертає велосипед у початкове вертикальне положення. Процес підрулювання, щоб утримати рівновагу відбувається безперервно, тому рух велосипеда не прямолінійний. Якщо кермо зафіксувати, то велосипед упаде.
Існує залежність швидкості та відцентрової сили. Чим вище швидкість, тим більше значення у відцентрової сили і менше необхідно відхиляти кермо підтримки рівноваги.
Щоб повернути, необхідно нахилити велосипед убік так, щоб сума відцентрової сили та сили тяжіння проходила через лінію опори коліс. Якщо це не так, то відцентрова сила перекине велосипед в інший бік. Для полегшення підтримки рівноваги конструкція кермового керування велосипедом має свої особливості. Вісь кермової колонки нахилена назад, а не розташована вертикально. Вона проходить нижче осі обертання колеса та попереду точки, де колесо велосипеда стосується землі. Завдяки такому виду конструкції досягаються цілі:
Стійкість велосипеда при гальмуванні
З визначенням зрозуміло. В енциклопедіях написано, що "гальмувати - це сповільнювати рух за допомогою гальма". Але ж вся штука полягає в тому, що зазвичай усіх не дуже цікавить чим уповільнювати (хоча і про це треба б згадати). на дорозі.
Можна спробувати розписати багато теоретичних порад на всі можливі ситуації на дорозі, але завжди є винятки з правил і рано чи пізно велосипедист виявляється у тій ситуації, коли рекомендацій не вистачає. Найголовніше, щоб гальмування при їзді велосипедом було доведено до автоматизму, адже в екстрених випадках розмірковувати як зробити правильно і згадувати теорію просто немає часу.
Прийняти правильне рішення допомагає інтуїція, але треба знати деякі теоретичні правила поведінки велосипеда в момент гальмування.
Накат велосипеда
Накат велосипеда залежить від різних факторів: характеристик рами, амортизаторів, діаметра колеса, покришок, тиску в камерах, загальної ваги велосипеда та багатьох інших. Накат не можна виміряти цифрами. Досвідчені велосипедисти можуть його відчути та оцінити. Для любителів різниця особливо видно, якщо вони змінюють наприклад недорогий велосипед на більш дорогий та високоякісний.
Рама. Є вираз "накатиста рама". Але відчути різницю між "ненакатистою" і "накатистою" рамою дуже складно, тому що явно помітні особливості характерні тільки дуже дорогим моделям. Рами, виготовлені з дорогих матеріалів, мають властивість поглинати поштовхи та вібрації. Більше подовжені конструкції рам допомагаютьвелосипедисту зайняти на велосипеді більш аеродинамічну посадку, що позитивно впливає на накат. Але на звичайному велосипеді накат від рами залежить не так значно, як від інших компонентів.
Розмір коліс. Один із головних визначальних факторів, що впливають на накат велосипеда. Колеса великих розмірів на 28 або 29 дюймів проходять відстань швидше, ніж 26 дюймові, тому велосипед з ними більш нахилий. Популярні зараз найнери, з 29 дюймовими колесами мають цю якість.
Протектор шини. Найкраще котиться гладка тонка гума без протектора. Найгірша широка агресивна покришка з високим малюнком протектора.
Фізичні сили, що діють при їзді велосипедом
1. Сила тяжіння (гравітація). Гравітація – одне із чотирьох фундаментальних явищ у природі. Пояснюється законом Ньютона. Сила, з якою вона діє, прямо пропорційна масі тіла велосипедиста. Чим більша вага велосипедиста, тим сильніша сила гравітації. Вона діє на велосипедиста та компоненти велосипеда перпендикулярно до поверхні землі. Сила її дії зростає при підйомі велосипедом в гору і відповідно зменшується при спуску.
2. Сила опору повітря. Аеродинамічні сили, що діють на велосипедиста, в основному складаються з опору повітря і зустрічного або бічного вітру.При середній швидкості та русі по рівній поверхні аеродинамічний опір є найбільшою силою, яка перешкоджає руху вперед. При подальшому збільшенні швидкості аеродинамічний опір стає переважним, і своєю величиною набагато перевершує всі інші сили, які перешкоджають руху вперед.
Аеродинамічні тести у велоспорті
Як у літакобудуванні та автомобільної промисловості для тестів, як зустрічний потік повітря діє на велосипедиста використовують аеродинамічну трубу. Цей дорогий пристрій допомагає визначити взаємодію об'єкта (велосипедиста) з потоком дихання, а також визначити діючу силу в чисельному значенні. Під час тестів визначається оптимальна посадка велосипедиста, а також коефіцієнт опору зустрічному потоку повітря окремих частин велосипеда та екіпірування спортсмена.
Конструкція аеродинамічної труби є кімнатою, з одного боку якої встановлені вентилятори великої продуктивності, вони і створюють потік повітря, що імітує зустрічний вітер, швидкість якого регулюється зміною потужності електродвигунів, що обертають лопаті вентилятора.
Довговічність рами велосипеда
Ті ж дослідження показували, що наявність тріщин, вм'ятин, отворів, зварних швів у найбільш навантажених місцях конструкції знижує довговічність конструкції на порядок. Така тенденція називається "локальна концентрація напруги". Навіть невеликий отвір у конструкції сприяє збільшенню напруги поруч із собою як мінімум у 2 рази, а подряпина достатньої глибини у 5-6 разів. Тріщина підвищує локальну напругу до межі плинності і тому планомірно збільшується зі зростаючою швидкістю.