?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Велосипедная физика

Не год ли уж тому назад видел человека, балансирующего на неподвижном велосипеде. Он стоял на красном светофоре на обычном дорожном велике с передачами и, не отстегивая ног от педалей, балансировал, перевернув руль на пол-оборота. Когда зажегся зеленый, он резким движением перекрутил руль в обычное положение и тронулся, не теряя равновесия.

Я тогда подивился да и забыл, а сегодня вдруг задумался: отчего на стоящем велосипеде балансировать не получается, и что дает выворачивание руля. Если хотите сперва сами подумать — ответ под катом.

Сначала разберемся, что означает балансирование на велосипеде. Когда мы сидим на нем, центр тяжести находится выше точки опоры: равновесие неустойчивое, и седок вместе с велосипедом стремится завалиться на бок. Чтобы удержаться, надо перемещать точку ниже центра тяжести — как бы вы балансировали школьную указку, поставленную вертикально тонким концом на палец, только у нас случай одномерного перемещения по сагиттальной оси (потому что вперед или назад мы не заваливаемся, ведь проекция центра тяжести на землю находится между колесами). Таким образом, чтобы удержать равновесие, нам надо смещать корональную линию опоры тела влево-вправо от сагиттальной плоскости.

Когда велосипед движется, мы сдвигаем точку опоры колес поворотом руля. Если мы повернем руль влево, то оба колеса последуют круговым траекториям, заворачивая влево от линии движения. Иными словами, поворот руля влево вызывает смещение линии опоры влево же. Именно на это движение натренирована система мышечной координации движения у нас в мозгу (в основном отвечает за равновесие мозжечок, структура, содержащая, по разным данным, от 50% до 90% всех нейронов мозга — они там мелкие).

Иное дело — велосипед стоящий. Если бы колонка рулевой вилки была вертикальна, то поворот руля не вызывал бы смещения линии опоры. Однако, колонка всегда наклонена, так что ее верх ближе к седоку: ось колеса находится впереди руля. Посмотрим на стоящий велосипед сверху. При повороте руля влево точка соприкосновения колеса с землей, находящаяся прямо под осью, остается на месте, а, благодаря наклону вилки, седок вместе с рамой смещается вправо от линии, соединяющей точки опоры колес. Выходит, что балансирование на стоящем велосипеде требует обратного движения рулем: если при движении поворот руля влево отклоняет линию опоры влево, то на стоящем — вправо. Этому движению наша автономная система равновесия не обучена, так что удержать равновесие не получается. Именно поэтому тот седок, которого я видел, выворачивал руль: видимо, его велосипед с искривленной вперед вилкой позволял ему переместить точку опоры переднего колеса так, чтобы она оказалась позади руля, тем самым позволив ему задействовать свое процедурное, «мышечное» знание для сохранения равновесия на неподвижном велосипеде.

Само собой, тот же самый эффект смещения плоскости рамы действует и при движении, но он меньше, чем тот, что вызывается уходом колес в сторону поворота по криволинейным траекториям; последний также увеличивается со скоростью, поэтому удерживать равновесие на высокой скорости проще.

Любопытно, можно ли научиться балансировать на стоящем велосипеде — может ли система равновесия обучиться переключению из одного режима балансирования в другой? Думаю, что да — умеем же мы и ходить ногами, и ездить на велике, и на доске, и на серфинге… А вы, часом, не умеете на велосипеде стоять неподвижно?

Tags:

Comments

( 82 comments — Leave a comment )
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
komar28
Apr. 8th, 2013 05:57 am (UTC)
Не умею. Видела кого-то, кто балансировал на велосипеде. Он как-то прыгал с велосипедом.



geky
Apr. 8th, 2013 06:14 am (UTC)
Сама не умею, один раз видела, как велосипедист очень хорошо балансирует на стоящем велосипеде, слегка прокручивая туда-сюда педали.
fregimus
Apr. 8th, 2013 06:16 am (UTC)
Это fixed gear, у которого педали с колесом жестко связаны. На таком получается. Я про совсем неподвижный говорю.
(no subject) - geky - Apr. 8th, 2013 06:22 am (UTC) - Expand
mindfactor
Apr. 8th, 2013 06:18 am (UTC)
Как-то давно, катаясь на велосипеде средь бурной толпы пешеходов (с точки зрения велосипедиста подобное движение выглядит как подкрадываться, т.к. скорость движения предельно низка) я джаст-фо-фан решил попробовать балансировать на стоящем велосипеде и начал с постепенного уменьшения скорости.

В итоге мог достаточно уверенно балансировать на стоящем велосипеде где-то с минутку. Ну, при прочих идеальных условиях, конечно - никто не мешает, не отвлекает и прочая.
erofeich
Apr. 8th, 2013 06:20 am (UTC)
умею
только не расскажу как
как-то само
aamonster
Apr. 8th, 2013 06:22 am (UTC)
Никогда не видел балансирующих с вывернутым рулём. Обычно народ просто прыгыет на месте (туклипсы/контакты рулят), это не очень сложно.

У меня, кстати, гипотеза насчёт вывернутого руля была совсем другая. Стоящий велосипедист балансирует не за счёт поворота руля, а за счёт смещения своего центра тяжести (и для попрыгунчиков - точки опоры). Так вот, при вывернутом колесе при наклоне велосипеда точка опоры сама смещается - несильно, зато в нужную сторону, помогая велосипедисту удержать равновесие.
Грубо говоря, опорная площадка шире.
izard
Apr. 8th, 2013 06:57 am (UTC)
Да, вроде бы так у меня и получается.
(no subject) - aamonster - Apr. 8th, 2013 08:44 am (UTC) - Expand
kvakosavrus_q
Apr. 8th, 2013 06:40 am (UTC)
Я так и делаю - стоя на месте кручу руль влево вправо.
Теперь буду знать что это сложно, как бы не разучиться...

spamsink
Apr. 8th, 2013 06:54 am (UTC)
Пол-оборота - это 180 градусов? Странно, я бы скорее предположил 90. Так опорная площадка из узкой полоски - выпуклой оболочки областей касания колес с поверхностью дороги - превращается в эдакий треугольник, который хоть и узкий, но пошире, чем та полоска.
janatem
Apr. 8th, 2013 08:02 am (UTC)
Чтобы опорный треугольник работал, надо зажать передний тормоз.

> Пол-оборота - это 180 градусов?
Конечно, оборот — это всегда два пи. Меня плющит, когда говорят «повернуть ключ в замке на два оборота», имея в виду два полуоборота.
(no subject) - spamsink - Apr. 8th, 2013 03:57 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 8th, 2013 03:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - spamsink - Apr. 8th, 2013 03:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 8th, 2013 03:59 pm (UTC) - Expand
izard
Apr. 8th, 2013 06:56 am (UTC)
Умею, но на светофоре обычно не пользуюсь, только если машин нет.
p_govorun
Apr. 8th, 2013 07:16 am (UTC)
Есть такая разновидность игры "Arcaniod" под названием Xboing. Там одна из напастей -- когда ракетка начинает двигаться противоположно движениям мышки. С этим можно наловчиться бороться, но полностью привыкнуть не удаётся.

Ещё я видел аттракцион: велосипед, у которого руль работал в другую сторону (там шестерёнка стояла). От желающих требовалось проехать 20 метров с трёх попыток: никому не удавалось. Сам хозяин проезжал, напоказ.
janatem
Apr. 8th, 2013 08:05 am (UTC)
Если у того велосипеда еще и ось вилки направлена в другую сторону, то и простым смертным было бы несложно ездить, достаточно за руль не держаться.
(no subject) - p_govorun - Apr. 8th, 2013 11:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - rapitosov - Apr. 8th, 2013 02:09 pm (UTC) - Expand
Eugene Mazin
Apr. 8th, 2013 07:59 am (UTC)
https://www.youtube.com/watch?v=oSH59xuy8iY
fregimus
Apr. 9th, 2013 06:16 am (UTC)
Спасибо. Кажется, он использует наклон поверхности, чтобы велосипед скатывался назад.
(no subject) - Eugene Mazin - Apr. 11th, 2013 04:10 am (UTC) - Expand
korzhimanov
Apr. 8th, 2013 09:24 am (UTC)
Балансирование на стоящем велосипеде называется сюрпляс. Этому в обязательном порядке обучали тех, кто участвовал в гонках на треках, потому что в них более выгодным является пропустить соперника вперёд на старте. Сейчас, правда, правила вроде поменяли и сюрплясом, вроде, на старте уже никто не занимается, но раньше гонка начиналась со взаимного стояния на месте. Кто первым терял равновесие и начинал движение, тот оказывался в невыгодной ситуации и обычно проигрывал.
fregimus
Apr. 9th, 2013 06:16 am (UTC)
Ага, я видел по телевизору в детстве!
flat_area
Apr. 8th, 2013 09:47 am (UTC)
По сложности сравнимо со стоянием на одной ноге.
Велосипед катится в противоположном направлении от того, куда повёрнуто переднее колесо.
Не знаю, как переждать светофор, а простоять несколько секунд не проблема.
cobetbi
Apr. 8th, 2013 11:00 am (UTC)
А я чото и не слышал, что 90% в мозжечке. Обычно говорят восхищённо - "у человека 100 милиярдов нейронов", и как-то умалчивают, что 90 из них координируют механические движения. Так-то кстати, если с этой стороны задуматься, здесь большое отличие людей от животных. Может даже не речь, не всякие воображаемые "мышления" и прочие. Просто движения очень отличают человека. Ведь животные это вообще тупые механизмы, что собака, что даже кошка. Небольшой ограниченный набор движений. А человек - выход на совершенно другой уровень. Всё что-угодно можно загрузить и исполнить. Хоть танцы с балетами, хоть тех же кошек с собаками изображать, или руками махать, изображая птицу, хоть по клавиатуре стучать, хоть велосипедом управлять или вертолётом. С этой стороны почему-то вообще редко рассуждают.

ДОБ: Ух, главного-то не перечислил. Камни друг об друга затачивать, лук натягивать и стрелять затем, ниткой с иголкой шить,... сложную микросхему паять какую-нибудь...

Edited at 2013-04-08 11:04 am (UTC)
fregimus
Apr. 8th, 2013 03:42 pm (UTC)
Вероятнее всего, верны все же оценки в 60-70%.
(no subject) - cobetbi - Apr. 8th, 2013 03:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 8th, 2013 04:02 pm (UTC) - Expand
profpr
Apr. 8th, 2013 12:36 pm (UTC)
Умею. Умел, точнее, так как на велосипеде уже лет 7 не ездил. Достигалось рулём и подпрыгиваниями.
fregimus
Apr. 9th, 2013 06:15 am (UTC)
Как-то мне, честно говоря, не очень нравится идея подпрыгивать между машинами на светофоре.
kodusass
Apr. 8th, 2013 03:41 pm (UTC)
мозжечок, структура, содержащая, по разным данным, от 50%
откуда дровишки? Можно попросить ссылки на/о нейронах мозжечка?
fregimus
Apr. 8th, 2013 04:03 pm (UTC)
Re: мозжечок, структура, содержащая, по разным данным, от
Из памяти — погугольте. Вообще, число нейронов в мозге — цифра очень условная, даже в порядке.
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
( 82 comments — Leave a comment )