Güroskoopilised efektid on peaaegu üldse mitte võimelised sõitma jalgrattaga

Güroskoopilised efektid on peaaegu üldse mitte võimelised sõitma jalgrattaga

Täna avastasin, et güroskoopilised mõjud ei ole peaaegu üldse seotud teie võimega jalgrattaga sõita.

Tüüpilise jalgrattaga seotud güroskoopilise jõuga tekitatud jõudude probleem seisneb selles, et nad ei ole lihtsalt väga võimelised, kui arvestada füüsikaga, mis on seotud ülemise jalgratta massikeskmega (teiega kaasas). Tegite põhiliselt ümberpööratud pendlit, mis on palju raskem tasakaalustada kui teisel viisil.

Selleks, et illustreerida, kui palju jõudu on siin vaja, on inimene kindel, et see jääb täielikult jalgratta juurde. Nüüd proovige jalgratast ja inimest kesta, hoides seda lihtsalt ühe rehvi telje ümber. Selle jõu võrdlemiseks güroskoopiliste mõjudega tekitatud koguse abil võta külge kinnitatud jalgratta rehvi külgkinnitused ja rippuda nende külge. Nüüd on keegi spinni rehvi väga kiiresti; Kui see on ketramiseks, proovige rehvi ühte või teist külge nihutada.

Selles hilisemas asjas tunnevad te güroskoopilisi mõjusid, kuid peaksite suutma seda mõnevõrra lihtsalt teha, sest jõud, mida tunnete siin, on tõenäoliselt ainult paar kilogrammi või 5-10 naela (kuigi see võib tunduda nagu rohkem su käed välja sirutatud ja otse teie ees). Eelmises asjas koos rattaga istuva inimesega, kui nad ei olnud äärmiselt kerged või olete Herakles, ma arvan, et te ei suutnud isegi tasakaalus hoida, eriti kui teie käed on täielikult välja ulatudes.

Kui see ei veena teid, vaatame matemaatikat (näiteks Cambridge'i ülikooli dr Hugh Hunt'i näide):

Kui sõidate üsna kiiresti kiirusega 12 mph (umbes 6 m / s), pöörleb tavaline mootorratta (läbimõõt 600 mm, ümbermõõt 2 m) 3 korda sekundis, mis on pöörlemiskiirus w = 20 radiaani sekundis.

Selle perifeerne mass, umbes m = 1 kg, kontsentreeritakse veljel, st raadiusega r = 300 mm. Inertsi hetk J on seetõttu J = härra2 = 0,1 kg m2 (piisavalt lähedal).

Oletame, et ma langevad ja püüan kasutada güroskoopilist efekti, et aidata mind uuesti püsti tõsta. Mõelge mõnda üsna kummitatult käepidemete riputamist sinusoideselt kiirusega, ütleme näiteks fkäepide= 1,6 viblid sekundis (vastab võnkesageduse nurksagedusele w käepide= 2 p fkäepide = 10 radiaani sekundis) ja amplituudil, näiteks +/- 6 kraadi (st Mkäepide= 6/180 * p = 0,1 radiaani).

Vibbleeriv liikumine on seetõttu TkäepideMkäepide patt (wkäepide t) ja selle diferentseerimine annab maksimaalse käepideme kiiruse Q. = wkäepide. M käepide = 10 * 0,1 = 1 rad / s. See on esiratta jõuülekanne, mis toimib güroskoopina. Tipptasemel on paar, mis vajab selle pretsessioni liikumise saavutamiseks güroskoopiliste mõjude tõttu M = J w Q. = 0,1 * 20 * 1 = 2 N m Ratas ja ma kaalutlen, ütleme 100 kg = 1000 N, nii et güroskoopiline efekt aitab mind ainult siis, kui ma ei kalluta enam kui 2 mm täielikult püsti (1000 N * 0,002 m = 2 N m).

Nii et güroskoopiline mõju jalgrattal, isegi 12 miili tunnis, ei ole peaaegu midagi, mis oleks vajalik, et hoida sind püsti. Niisiis, kuidas te oma jalgrattaga iga kahe sekundi järel ei kukuta?

Osaliselt on see just teie tasakaalustatuse tõttu. Kuid te olete ilmselt märganud, et jalgrattal on seisma jätkuvalt raske tasakaalustada. Kui hakkate väga aeglaselt minema, näete, et loomulikult teevad suuri roolikäsitsusi, et end tasakaalustada. Tegelikult on see esmane asi, mis hoiab sind püsti jalgrattaga igal kiirusel, täpsemalt korrigeeriva roolimisega. Kui te tunnete tasakaalustamatust ühel suunal, siis see põhjustab teid ratta suunamiseks selles suunas, et kompenseerida, mille tulemusena jõuab tsentrifuugist jõud tasakaalustada teid tagasi, eeldades, et teie korrigeerimine oli õige pöörete arv teie kiiruse ja muude selliste tegurite tõttu . Kui olete üle pööratud, siis peate tegema veel ühe paranduse, et kompenseerida teie korrigeerimisel tekkinud tasakaalustamatust. Mida kiiremini te lähete, seda väiksem on korrektsioon, mis on vajalik tasakaalustamiseks.

Alguses on need paranduslikud liikumised suhteliselt suured ja tihti liiga kompenseerivad, sest teie keha õpib veel jalgrattaga sõitma. Sellepärast kaldute esmakordselt õppima veidi harjumatult ja varitsema. Aja jooksul muutuvad need korrektsioonid väiksemaks ja väiksemaks ning täpsemaks, kuni te ei tea, kas teete neid üldse, kui te sõidate rattaga üle ülimadala kiirusega (muidugi märkate neid ikkagi, kui vaevalt liigute oma jalgrattaga ja nagu eespool märgitud).

Boonus faktid:

  • Paljud inimesed arvavad, et kui te võtsite kaks rehvi ja keerake neid vastupidises suunas, siis on teil sama güroskoopiline mõju, nagu oleksid nad pöörlevad samas suunas. Tegelikult juhtub see, et kui rattad pöörleksid vastassuunas, siis kaks tühistaksid teineteist güroskoopilise efekti poolest. Seda asjaolu on kasutatud selleks, et näidata inimestele, et nad saavad sõita jalgrattaga, millel pole probleeme güroskoopilise efektiga, paigaldades veidi maapinnale tõmmatud lisarattaid, mis tõkestavad tegelikke rehve.
  • Mida kaugemal edasi liigub jalgratta mass + jalgrattaga sõitja, seda väiksem on esirataste liikumine, mida on vaja tasakaalustamiseks. See on tõenäoliselt kõige märkimisväärsem teatavatele kohandatud mootorratastele, kus esirattad jäävad jalgratast hästi välja.
  • Teine vähem tuntud tegur, mis ratastel on võimeline sõitma, on midagi, mida nimetatakse "trailiks". Lihtsamalt öeldes on see näitaja sellest, kui palju kaugust esirataste punktist puudutab maapinnal asuvatel juhtudel rooliratta kontaktpunkt, mis on kogu pöördemomendi (kahvli, käepideme, esiratta jne) pöördepunkt. Pikem trail muudab jalgratta tunduvalt stabiilsemaks kui lühem. Siiski, kui rada on liiga pikk, tundub, et jalgratas on raske juhtida. Rattad, kus on liiga väike rada või isegi negatiivne rada, tundub olemuslikult ebastabiilne; kuigi korrigeeriva roolimise tõttu saate neid veel sõita. Tänu suurema rajaga roolimissioonile on mägijalgratastel ja jalgrattadel tavaliselt palju vähem traale kui tänavatel. Mägirataste puhul võimaldab see rattaga rohkem liikumist, et kompenseerida maastikku. Matkajalgrataste puhul aitab see kompenseerida asjaolu, et tõenäoliselt pakendate teid pisut natuke pagasit ja seega ka väikse maha lisatagu. Seepärast tunduvad jalgrattad tihtipeale ebastabiilseks, kui teil pole seda pagasit ja madala maapinnaga.
  • Kuigi güroskoopilised ja rööbastee jõud ei ole peaaegu piisavad, et hoida jalgrattaga tasakaalustamist, on need tavaliselt piisavad, et hoida rattariba liikumist otse, kuni see aeglustab teatud punkti, mis varieerub jalgratast ratta suuruse ja raja baasil.
  • Praegu arendatakse välja nn "gyrobike", mis aitab inimestel õppida jalgratast sõitma. Sellel jalgratasil on sisemine hooratt, mis tagab güroskoopilise efekti olulise suurenemise. Sellise ratta leiutajad loodavad siis, et võiks välja arendada, kui güroskoopiline efekt oleks piisav, et hoida jalgratast enamasti tasakaalustatud isegi sõitjaga, kuid pole veel liiga tülikat jalgratta kaalu ja muu sarnase mõttes.
  • Teine koht, kus näete seda mõnevõrra alateadvuses olevat "automaatselt korrigeerivat" nähtust, avaneb siis, kui üritate seista ühes kohas ühe jalaga. Seda tehes peate hoolikalt tasakaalustama, et hoida kukkumist. Niipea, kui hakkate hüppama, on enamikul inimestel endas vähe raskusi oma tasakaalus hoidmisega. Seda sellepärast, et kui sa hopid, siis tekitavad mitte ainult natuke loomulikult korrigeerivaid liikumisi, vaid ka sinu jalamilgi, kus ta peab tasakaalustama.

Jäta Oma Kommentaar