?

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.Collapse )

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 2 of 2
<<[1] [2] >>
potan
Apr. 8th, 2013 04:15 pm (UTC)
На сколько я понимаю, вращать рулем куда угодно на стоящем велосипеде бесполезно. Балансировать можно только с помощью небольших движений тела. Аналогично ходьбе по канату.
flavorchemist
Apr. 8th, 2013 05:35 pm (UTC)
На движущемся велосипеде все эти центры тяжести и линии опоры весьма вторичны, ибо равновесие возникает по причине закона сохранения момента импульса (а именно его направления).
fregimus
Apr. 9th, 2013 06:14 am (UTC)
Отнюдь нет. Разгоните велосипед без седока, отпустите и посмотрите, что будет.
flavorchemist
Apr. 9th, 2013 06:22 am (UTC)
Отнюдь да.
Волчок, к примеру, без седока вполне крутится и не падает.

Я не говорил, что седок не нужен. Но, как Вы правильно заметили, едущий велосипед - стабильнее. Причем, чем быстрее едет - тем более он устойчив. Колесо в данном случае выступает волчком, который стабилизирует положение колес.
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 06:26 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 06:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 06:59 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 07:00 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 07:07 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 07:13 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 07:23 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 07:26 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 07:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 07:45 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 07:48 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 08:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 04:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 04:16 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 04:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 04:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 9th, 2013 04:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 9th, 2013 04:40 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 10th, 2013 04:28 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 10th, 2013 07:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - trueblacker - Apr. 11th, 2013 05:47 am (UTC) - Expand
(no subject) - flavorchemist - Apr. 11th, 2013 09:53 am (UTC) - Expand
еще грустее. - neo_der_tall - Apr. 11th, 2013 01:00 pm (UTC) - Expand
Re: еще грустее. - flavorchemist - Apr. 11th, 2013 01:08 pm (UTC) - Expand
первичен - тон. - neo_der_tall - Apr. 11th, 2013 01:34 pm (UTC) - Expand
Re: первичен - тон. - flavorchemist - Apr. 11th, 2013 03:51 pm (UTC) - Expand
jamhed
Apr. 11th, 2013 06:03 am (UTC)
(no subject) - fregimus - Apr. 11th, 2013 06:06 am (UTC) - Expand
(no subject) - jamhed - Apr. 11th, 2013 06:10 am (UTC) - Expand
(no subject) - fregimus - Apr. 11th, 2013 06:23 am (UTC) - Expand
(no subject) - jamhed - Apr. 11th, 2013 10:37 am (UTC) - Expand
vasaku
Apr. 11th, 2013 07:26 am (UTC)
А как в такое объяснение вписывается езда без рук? На велосипеде довольно легко ездить не трогая руль, и даже поворачивать, если скорость не слишком маленькая.

и ещё факт к спору поо гироскоп - если взять велосипедное колесо в руки и раскрутить, то его очень сложно поворачивать. Чисто на ощупь - существенное подспорье в поддержании равновесия.

Edited at 2013-04-11 07:27 am (UTC)
sunch
Apr. 15th, 2013 08:55 am (UTC)
Посмотрите видео по запросу bycicle speed wobble. Иногда без рук едется хорошо, а иногда и не очень, а иногда даже и с руками не очень. В каких случаях гироскопический момент помогает автоколебания всей системы гасить, а в каких, наоборот, усиливает - без 5 курса физфака не разберешься.
rapitosov
Apr. 11th, 2013 08:15 pm (UTC)
попробовал, не выходит.

у кантрийного (да и остальных спортивных) велосипеда стакан наклонный а вилка прямая, как ни крути точка опоры остаётся где была. у прогулочных вариантов больше, но я сходу не нашел картинки конструкции позволяющей задвинуть точку опоры за вилку :(

biglebowsky
Oct. 21st, 2013 12:54 am (UTC)
Согласен с Вами.
Такая штука, как "trail" ("отставание" точки контакта колеса и дороги от точки пересечения оси "стакана" и дороги) - положительна. Если развернуть руль на пол-оборота, для тех вилок, которые я видел, "trail" увеличится.
olwideer
Aug. 29th, 2013 09:29 am (UTC)
ʱ 0 U;RQQGAV8o]X;NK4j[xtˋmbz tn*1d_6d
...то вот несколько любопытных ссылок:
1. Статья "We still don’t really know how bicycles work"
2. Впечатляющее видео оттуда (оказывается, велосипед вполне неплохо себя чувствует вообще без велосипедиста)
3. Целый проект по исследованию условий, при которых велосипед способен держать равновесие: http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/bicycle_mechanics/stablebicycle/

Edited at 2013-08-30 04:53 am (UTC)
fregimus
Aug. 31st, 2013 08:00 am (UTC)
Re: Если вдруг кому-то велосипедная тема все еще интерес
Мне помнится, что эти ссылки уже давали в обсуждении, но все равно спасибо.

Очень любопытно, как этот велосипед без гироскопического эффекта и выката «ловит» равновесие: сначала он заваливается, потом вдруг резко сворачивает в ту же сторону, куда начал падать, а дальше уже едет в целом не сворачивая, а только испытывая волнообразные отклонения влево и вправо.
biglebowsky
Oct. 20th, 2013 11:40 am (UTC)
Re: Если вдруг кому-то велосипедная тема все еще интерес
Спасибо! Возможно, как заметил досточтимый fregimus, эти ссылки уже были упомянуты в обсуждении, но очень удобно, когда они собраны вместе. С очень большим интересом просматриваю.
biglebowsky
Oct. 21st, 2013 01:33 am (UTC)
Не совсем согласен с Вами.
Определение.
trail - "отставание" точки контакта колеса и дороги от точки пересечения оси "стакана" и дороги
http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle_and_motorcycle_dynamics
http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle_and_motorcycle_geometry




Википедия уверяет, что для типичных велосипедов, выпускаемых промышленностью, положительны trail и угол Кастера.
О положительной величине trail в случае типичного велосипеда упомянуто также в статье http://ruina.tam.cornell.edu/research/topics/bicycle_mechanics/stablebicycle/

Если, на типичном велосипеде, мы перекрутим руль на 180 градусов, то "trail" отнюдь не поменяет знак. Он, наоборот, станет еще большим по величине*, как правильно отметил rapitosov.

Полностью согласен с Вами: чтобы балансировать на полностью неподвижном велосипеде исключительно за счет "trail", необходимо вращать руль в сторону, противоположную привычному балансированию.
Значит, возникают "две с половиной" гипотезы.
1) Увиденный Вами велосипедист был настолько "немерянно крут", что был способен перестроить знак своих рефлексов в случае неподвижного велосипеда; переворот руля делался для увеличения модуля trail.
1.1) Велосипедист держался за руль скрещенными руками.
2) Все ж таки, этот велосипедист балансировал стандартным образом, катаясь взад-вперед (дорога имела уклон), цель переворота руля непонятна.

По-моему, в тексте есть опечатка. Мне кажется, следует читать.
Иное дело — велосипед стоящий. [...] 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 влево от линии, соединяющей точки опоры колес.



-----------------------------------------
* Примечание.
У передней вилки велосипеда есть такая штука, как offset aka "rake" - вынос центра колеса вперед перед осью "стакана" (см. рисунок в Википедии). Наличие offset УМЕНЬШАЕТ величину trail. Излишне большой offset, вообще, способен загнать trail в область отрицательных значений. Однако, на перекрученном руле, offset, наоборот, "сработает в другую сторону" и увеличит trail.

Edited at 2013-10-21 02:09 am (UTC)
fregimus
Oct. 21st, 2013 06:33 am (UTC)
Re: Не совсем согласен с Вами.
Дайте мне подумать некоторое время. Мне непонятно, причем тут trail (кажется, это называется «выбег»). Согласен, что этот параметр не поменяет знак, но мне кажется, что он здесь не важен. Я раздумывал над малым движением руля стоящего велосипеда в проекции сверху. Здесь рассуждение ведется лишь о том, куда передвинется передняя часть рамы при малом повороте на велосипеде на рисунке и на нем же с вывернутым назад колесом. Мне пока что кажется, что эти движения будут противонаправленными.

Да, и насчет «опечатки», о которой Вы говорите в самом конца: как раз к тому же рассуждению. Мне кажется сейчас, что там все правильно. Давайте я завтра на живом велосипеде попробую измерить.

Edited at 2013-10-21 06:38 am (UTC)
lj22poster
Dec. 26th, 2015 06:17 pm (UTC)
Делюсь опытом…
«Когда велосипед движется, мы сдвигаем точку опоры колес поворотом руля.» Это меня в детстве учили, что сохранять равновесие надо поворотом руля. А потом я понял, что это лажа. Сохранять равновесие на поворотах (когда руль надо поворачивать, чтобы был поворот) надо за счёт наклона корпуса. При этой тактике вертеть рулём можно как угодно; соответственно, ехать можно по любой траектории, которая нравится. (В меру умения обращаться с рулём и со своим корпусом, конечно). Чтобы ехать по прямой, вообще особо учиться не надо. И вращать руль тоже не надо. Помню, я научился ехать по прямой раньше, чем научился с уверенностью поворачивать. Я даже видел людей, которые по прямой едут, не держась за руль. Я так не могу, потому что я на руль через руки опираю свой корпус, чтобы фиксировать его. Быстрее ездить на велосипеде, конечно, удобнее (этак раза в два или три быстрее пешехода), но даже когда едешь медленно, на дороге всё равно нельзя ездить подобно пьяному, раскачиваясь в обе стороны: this is a big no-no. В физике не рублю, так что расчётов не требуйте. ;)

Edited at 2015-12-26 06:18 pm (UTC)
Page 2 of 2
<<[1] [2] >>
( 82 comments — Leave a comment )