Bicikl postaje sve popularnije prevozno sredstvo ovih dana, kada ima toliko automobila da jedni drugima ometaju egzistenciju. Bicikli imaju brojne prednosti u odnosu na automobile, zbog čega se u mnogim evropskim zemljama smatraju gotovo glavnim prevoznim sredstvom. Popularnost prijatelja na dva točka raste u našoj zemlji.
Bicikl nije samo prevozno sredstvo, već i složen mehanički sistem koji radi po osnovnim zakonima fizike. Sve bicikli, bez obzira na tip, marku, model i cijenu, izazivaju svoje vozače da savladaju različite sile. Tokom vožnje biciklist se suočava s dvije glavne sile - gravitacijom i aerodinamikom. Sila gravitacije pritišće biciklistu i njegovo vozilo na tlo. U ovom slučaju, vektor sile je usmjeren strogo okomito na površinu zemlje. Što su bicikl i njegov vozač teži, to je veća sila gravitacije. Ima veliki utjecaj na napore koje biciklista mora uložiti dok vozi svoj dvotočkaš. vozilo. Ako je vaša tjelesna težina i težina bicikla manja, onda će vožnja biti mnogo lakša, što znači da će vam vožnja pružiti ugodnije senzacije. Iako je za neke bicikl sprava za sagorijevanje kalorija.
Druga osnovna fizička sila koju biciklist mora savladati tokom vožnje je aerodinamika. U suštini, to je sila otpora nadolazećeg strujanja zraka, koja se povećava kako se brzina povećava. Što se biciklist brže kreće, to je veća sila otpora zraka. Osim nadolazećih strujanja zraka, na bicikl mogu djelovati i bočni vjetrovi, što dodatno otežava kretanje i prisiljava vas na dodatne sile. Prevladavanje aerodinamičkih sila prilikom vožnje velikom brzinom po ravnom putu nije lako - to zahtijeva odlično fizički trening. Ako ga nemate, onda je bolje kupiti bicikl s električnim pogonom, koji će vam omogućiti vožnju u dva načina - mehaničkom i automatskom. Treba napomenuti da se pri mehaničkoj vožnji troši mnogo više energije i truda nego u automatskom načinu rada. Da biste uštedjeli bateriju, bolje je ne voziti električni pogon cijelo vrijeme, već samo u onim područjima koja je posebno teško samostalno savladati (usponi, neravni tereni i tako dalje).
Budući da klasični bicikl ima dva točka, da bi biciklista mogao da se vozi, mora stalno održavati ravnotežu i savladavati različite sile koje nastaju tokom kretanja.
Samo zato što je dizajn bicikla jednostavan, ne znači da je sve tako jednostavno. Fizička snaga, koji rade pri vožnji bicikla zasnovani su na osnovnim zakonima nauke. Razmotrimo glavne sile koje djeluju pri vožnji bicikla.
Vanjske sile
1. Gravitacija (gravitacija). Gravitacija je jedan od četiri fundamentalna fenomena u prirodi. Objašnjeno Newtonovim zakonom. Sila kojom djeluje direktno je proporcionalna tjelesnoj težini bicikliste. Kako više težine biciklista, jača sila gravitacija. Djeluje na bicikliste i komponente bicikla okomito na tlo. Snaga njegovog djelovanja se povećava prilikom vožnje biciklom uzbrdo i shodno tome opada pri spuštanju.
2. Sila otpora vazduha. Aerodinamičke sile koje djeluju na biciklistu uglavnom se sastoje od otpora zraka i vjetra glave ili bočnog vjetra. At prosječna brzina a kada se krećete po ravnoj površini, aerodinamički otpor je najveća sila koja sprječava kretanje naprijed. Daljnjim povećanjem brzine, postaje nadmoćan, a njegova veličina daleko premašuje sve druge sile koje ometaju kretanje naprijed.
3. Sila otpora kotrljanja. Otpor kotrljanja je sila koja se javlja kada se okrugli predmet, u ovom slučaju točak bicikla, kreće duž ravne površine pravolinijskom brzinom. Nastaje uglavnom zbog deformacije točka, deformacije površine po kojoj se točak kreće ili deformacije oba. Kada vozite bicikl, ova sila se povećava kada su kotači slabo napuhani ili kada se krećete, na primjer, po pijesku. Takođe, jačina otpora kotrljanja dodatno zavisi od faktora kao što su poluprečnik točka, brzina kretanja i vrsta dodirnih površina.
4. Sile koje nastaju tokom manevara za balansiranje bicikla. Nastaje prilikom promjene smjera kretanja bicikla ili prilikom manipulacije upravljačem kako bi se bicikl balansirao i održala ravnoteža. Određeno centrifugalnom silom. U mehanici se termin centrifugalna sila koristi da objasni dva pojma - inercijsku silu i centripetalnu silu. To su složeni procesi i potrebno je dosta vremena da se razriješe. Svi su opisani u udžbenicima.
Unutrašnje sile
1. Obrtni moment- to je sposobnost da se uz pomoć primijenjene sile okreće predmet oko svoje ose, odnosno točka bicikla. Silu stvaraju noge bicikliste, a obrtni moment se prenosi sa pedala na točak bicikla pomoću lanca, kardana, remena ili drugog prijenosa. Podesivo odabirom prednjih i stražnjih lančanika u raznim opcijama.
2. Druge unutrašnje sile su uglavnom uzrokovane trenjem između pokretnih dijelova bicikla i mogućnosti njegovog dizajna. Njihova vrijednost ovisi o vrsti ovjesa, prijenosa, upravljačkog mehanizma i drugih strukturnih elemenata.
Pročitajte i na ovu temu:
Na biciklu, za prijenos obrtnog momenta s lanca na glavčinu stražnjeg kotača, koriste se tri glavna tipa prijenosa: Kasetni prijenos. Prenos slobodnog hoda. Freecoaster transfer.
Ne postoje stroga pravila, svako bira svoju opciju, ponekad veoma različitu od opšteprihvaćene. Sa sticanjem vozačkog iskustva, svaki biciklista razvija vlastite prioritete u odabiru opreme za sebe. U cilju očuvanja elemenata transmisije i produženja vijeka trajanja...
Prednji menjač. Njegov posao je da prebacuje lanac s jednog lančanika na drugi. Paralelogramski mehanizam pomiče okvir kroz koji prolazi lanac. Prilikom prebacivanja na drugu brzinu, okvir se pomiče i postavlja iznad željene zvijezde...
Postoji direktna veza između pritiska u gumama i lakoće vožnje bicikla. Nedovoljno napuhani točkovi usporavaju bicikl, a naprotiv, komore ispunjene vazduhom koji ne prelazi maksimalni pritisak olakšavaju kretanje...
Izum lančanog pogona prije više od stotinu godina bio je jedan od revolucionarnih koraka u razvoju bicikla. Uz pomoć lanca postalo je moguće prenijeti silu s pedala na zadnji točak bicikl, što je omogućilo da se veličina točkova smanji na moderne veličine...
Jedna od najomiljenijih vrsta aktivan odmor je vožnja biciklom. Osim što vam bicikl omogućava da ojačate i razvijete razne mišiće (mišiće nogu, ruku, leđa i trbuha), on je i sredstvo da vidite lokalne atrakcije ili se jednostavno razveselite vozeći ga sa cijelom porodicom. ili sa prijateljima. Međutim, nepravilna vožnja bicikla može uzrokovati modrice i ogrebotine. Pogotovo kada vozite velikom brzinom pri skretanju. Hajde da pokušamo da shvatimo šta treba da uradite da biste bezbedno kretali zavojima dok vozite bicikl.
Kada se pedale bicikla okreću, sila bicikliste se prenosi na točkove, tako da oni počinju da se okreću. Biciklističke gume su u interakciji sa površinom puta. Sile ove interakcije su sila reakcije oslonca i sila trenja, potonja je ta koja uzrokuje kretanje bicikla i također štiti bicikl od klizanja tijekom skretanja. Što je veća sila trenja između guma bicikla i površine puta, to će vožnja biti sigurnija i pouzdanija, posebno u krivinama. Maksimalna sila trenja je sila trenja klizanja, određena je formulom:
gdje je koeficijent trenja, a N je sila reakcije oslonca usmjerena okomito prema gore.
Tokom skretanja, bicikl se kreće duž luka određenog polumjera R (vidi pogled odozgo). U ovom slučaju, brzina bicikla je usmjerena tangencijalno na putanju, a centripetalno ubrzanje i sila trenja koja drži biciklista usmjereni su prema središtu luka. Prema drugom Newtonovom zakonu:
S obzirom da je sila gravitacije usmjerena okomito naniže, a centripetalno ubrzanje jednako,
nalazimo da se minimalni mogući polumjer luka izračunava po formuli:
Koeficijent trenja gume je u rasponu od 0,5 do 0,8 za suhi asfalt i u rasponu od 0,25 do 0,5 za mokri asfalt. Stoga, kada se vozi brzinom od 15 km/h (približno 4,2 m/s), sigurno će se okretati po luku radijusa R = 4,2 2 / (0,5 9,8) = 3,6 m (suhi asfalt) i R= 4,2 2 / (0,25 9,8) = 7,2 m (mokri asfalt).
Također treba napomenuti da za održavanje ravnoteže pri skretanju morate lagano nagnuti bicikl u smjeru skretanja.
Koristeći predloženu metodu, predlažemo da izračunate:
- siguran radijus luka okretanja pri brzini od 24 km/h na suhom zemljanom putu (koeficijent trenja 0,4) i na ledu (koeficijent trenja 0,15);
- ugao α nagiba bicikla za održavanje ravnoteže pri okretanju istom brzinom, uzimajući u obzir da se centrifugalna sila primjenjuje na centar mase bicikla.
Momenti sila kada se bicikl kreće.
Bicikl na dva točka ne pada u pokretu, jer onaj koji ga vozi stalno održava ravnotežu. Područje nosača bicikla je malo - to je ravna linija, koja se povlači kroz tačke kontakta točkova bicikla sa tlom. Dakle, bicikl je u stanju dinamičke ravnoteže. To se postiže uz pomoć upravljanja: kada je bicikl nagnut, osoba okreće volan u istom smjeru. Nakon toga, bicikl se okreće, dok centrifugalna sila vraća bicikl u početni vertikalni položaj. Proces upravljanja za održavanje ravnoteže odvija se kontinuirano, tako da kretanje bicikla nije linearno. Ako popravite upravljač, bicikl će pasti. Postoji veza između brzine i centrifugalne sile. Što je veća brzina, veća je centrifugalna sila i, shodno tome, manje je potrebno skrenuti volan da bi se održala ravnoteža.
Da biste se okrenuli, morate nagnuti bicikl u stranu tako da zbir centrifugalne sile i gravitacije prođe kroz liniju potpore kotača. Ako to nije tako, onda će centrifugalna sila okrenuti bicikl u drugom smjeru. Da bi se lakše održavala ravnoteža, dizajn upravljanja biciklom ima svoje karakteristike. Os stuba upravljača je nagnuta unazad, a ne okomita. Prolazi ispod ose rotacije točka i ispred tačke u kojoj točak bicikla dodiruje tlo. Zahvaljujući ovoj vrsti dizajna postižu se sljedeći ciljevi:
Stabilnost bicikla pri kočenju.
Prilikom kočenja prilikom vožnje bicikla, glavna stvar je održati ravnotežu. Kočenje ništa manje važna tačka nego sama vožnja, a najvjerovatnije i najvažnija, jer od toga ovisi zdravlje biciklista. Ako znate teoriju kako se bicikl ponaša u trenutku kočenja, možete uvelike smanjiti broj modrica i udaraca (nažalost, još uvijek ne možete bez toga).
Šta je kočenje
Sve je jasno sa definicijom. Enciklopedije kažu da „kočiti znači usporiti kretanje pomoću kočnice“. Ali cijela stvar je u tome da obično svakoga ne zanima što da uspori (iako ovo treba spomenuti obično sve zanima kako usporiti pokret (pritisnuti ručicu i to je to), a ne kako da uspori). usporite ga u određenoj specifičnoj situaciji na putu. Možete pokušati da zapišete mnogo teorijskih savjeta o svemu moguće situacije na putu, ali uvijek postoje izuzeci od pravila i prije ili kasnije biciklista se nađe u situaciji da nema dovoljno preporuka. Najvažnije je da je kočenje prilikom vožnje bicikla dovedeno do automatizma, jer u hitnim slučajevima jednostavno nema vremena razmišljati o tome kako to učiniti ispravno i zapamtiti teoriju. Prihvati ispravno rješenje Intuicija pomaže, ali morate znati i neka teorijska pravila kako se bicikl ponaša pri kočenju.
Bike roll.
Kotrljanje bicikla zavisi od različitih faktora: karakteristika rama, amortizera, prečnika točkova, guma, pritiska u komorama, ukupne težine bicikla i mnogih drugih. Zalet se ne može mjeriti brojevima. Iskusni biciklisti to mogu osjetiti i cijeniti. Kod amatera razlika je posebno vidljiva ako se npr. mijenjaju jeftin bicikl na skuplje i kvalitetnije.
Šta određuje kotrljanje bicikla?
Okvir. Postoji izraz "rolo okvir". Ali vrlo je teško osjetiti razliku između okvira koji se ne kotrlja i okvira koji se ne kotrlja, jer su jasno uočljive karakteristike karakteristične samo za vrlo skupe modele. Okviri napravljeni od skupih materijala imaju tendenciju da apsorbuju udarce i vibracije. Duži dizajn okvira pomaže biciklistu da postigne aerodinamičniju poziciju na biciklu, što ima pozitivan učinak na vožnju. Ali, na običnom biciklu, hodanje na okviru ne ovisi toliko značajno kao o drugim komponentama.
Veličina kotača. Jedan od glavnih faktora koji utječu na kotrljanje bicikla. Veći točkovi od 28 ili 29 inča putuju brže od točkova od 26 inča, tako da se bicikl s njima više kotrlja. Sada popularni 29ers sa točkovima od 29 inča imaju ovaj kvalitet.
Gazeći sloj guma. Najbolja glatka, uska guma bez rolni gazećeg sloja. Najgora stvar je široka agresivna guma sa visokim šarama gazećeg sloja.
Fizičke sile koje djeluju pri vožnji bicikla
Budući da klasični bicikl ima dva točka, da bi biciklista mogao da se vozi, mora stalno održavati ravnotežu i savladavati različite sile koje nastaju tokom kretanja. Samo zato što je dizajn bicikla jednostavan, ne znači da je sve tako jednostavno. Fizičke sile koje djeluju pri vožnji bicikla temelje se na osnovnim zakonima nauke. Razmotrimo glavne sile koje djeluju pri vožnji bicikla.
Vanjske sile.
1. Gravitacija (gravitacija). Gravitacija je jedan od četiri fundamentalna fenomena u prirodi. Objašnjeno Newtonovim zakonom. Sila kojom djeluje direktno je proporcionalna tjelesnoj težini bicikliste. Što je veća težina bicikliste, to je jača sila gravitacije. Djeluje na bicikliste i komponente bicikla okomito na tlo. Snaga njegovog djelovanja se povećava prilikom vožnje biciklom uzbrdo i shodno tome opada pri spuštanju.
2. Sila otpora vazduha. Aerodinamičke sile koje djeluju na biciklistu uglavnom se sastoje od otpora zraka i vjetra glave ili bočnog vjetra. Pri prosječnoj brzini i kretanju po ravnoj površini, aerodinamički otpor je najveća sila koja sprječava kretanje naprijed. Sa daljim povećanjem brzine, aerodinamički otpor postaje ogroman, a njegova veličina daleko premašuje sve druge sile koje ometaju kretanje naprijed.
Aerodinamička ispitivanja u biciklizmu
Kada poboljšanje tehničke karakteristike bicikl je dostigao određenu granicu i praktički nema razlike u performansama pojedinih komponenti različitih proizvođača, obratili smo pažnju na otpor zraka koji biciklist savladava prilikom vožnje. Ovaj indikator je imao impresivnu digitalnu vrijednost, tako da je bilo na čemu raditi. Kao iu zrakoplovnoj i automobilskoj industriji, aerotunel se koristi za testiranje kako nadolazeći tok zraka utječe na bicikliste. Ovaj skupi uređaj pomaže u određivanju interakcije objekta (bicikliste) sa protokom zraka, a također i određuje efektivna sila u brojčanoj vrijednosti. Tokom testova utvrđuje se optimalan položaj bicikliste, kao i koeficijent otpora na nadolazeće strujanje vazduha. pojedinačni dijelovi biciklističke i sportske opreme.
Dizajn aerotunela je prostorija, na čijoj su jednoj strani ugrađeni ventilatori visokih performansi koji stvaraju strujanje zraka simulirajući čeoni vjetar, čija se brzina reguliše promjenom snage elektromotora koji rotiraju lopatice ventilatora;
Trajnost rama bicikla
Tokom rada bicikla, na okvir se primjenjuju opterećenja koja se ponavljaju mnogo puta. Ova ciklična opterećenja nastaju zbog neravnih površina puta: rupa, neravnina, rupa na asfaltu, itd. Kada su se aluminijumske legure počele koristiti u raznim konstrukcijama (posebno u avijaciji i astronautici), studije su pokazale da jedno opterećenje ne uzrokuje deformacije i razaranja. materijala, ali je određeni broj ciklusa opterećenja u konstrukcijskom materijalu uzrokovao deformacije, pukotine i naknadno razaranje. Ovaj fenomen je okarakteriziran terminom "neuspjeh zamora". Broj ciklusa opterećenja koji dovode do kvara naziva se "trajnost zamora".
Iste studije su pokazale da prisutnost pukotina, udubljenja, rupa i zavara u najopterećenijim područjima konstrukcije smanjuje trajnost same konstrukcije za red veličine. Ova tendencija se naziva „lokalna koncentracija stresa“. Čak i mala rupa u strukturi povećava napon pored nje za najmanje 2 puta, a ogrebotina dovoljne dubine za 5-6 puta. Pukotina povećava lokalno naprezanje do granice popuštanja i stoga raste sistematski sve većom brzinom.
Da bi dvotočkaš Ako ne padnete, morate stalno održavati ravnotežu. Budući da je površina za oslonac bicikla vrlo mala (u slučaju bicikla na dva kotača, to je samo ravna linija povučena kroz dvije točke u kojima točkovi dodiruju tlo), takav bicikl može biti samo u dinamičkoj ravnoteži. To se postiže pomoću upravljanja: ako se bicikl nagne, biciklist naginje upravljač u istom smjeru. Kao rezultat toga, bicikl počinje da se okreće i centrifugalna sila vraća bicikl u vertikalni položaj. Ovaj proces se odvija kontinuirano, tako da se dvotočkaš ne može voziti striktno pravo; Ako je upravljač fiksiran, bicikl će sigurno pasti. Što je veća brzina, veća je centrifugalna sila i manje je potrebno da skrenete volan da biste održali ravnotežu.
Prilikom skretanja morate nagnuti bicikl u smjeru skretanja tako da zbroj gravitacije i centrifugalne sile prođe kroz liniju potpore. U suprotnom, centrifugalna sila će prevrnuti bicikl u suprotnom smjeru. Kako kada se krećete u pravoj liniji, nemoguće je idealno održavati takav nagib, a upravljanje se provodi na isti način, samo se položaj dinamičke ravnoteže pomiče uzimajući u obzir nastalu centrifugalnu silu.
Dizajn upravljanja biciklom olakšava održavanje ravnoteže. Osa rotacije volana nije okomita, već je nagnuta unazad. Osim toga, prolazi ispod ose rotacije prednji točak i ispred tačke gde točak dodiruje tlo. Ovim dizajnom se postižu dva cilja:
- Kada prednji točak bicikla u pokretu slučajno odstupi od neutralnog položaja, javlja se moment trenja u odnosu na upravljačku osovinu, koji vraća točak u neutralni položaj.
- Ako nagnete bicikl, pojavljuje se moment sile koji okreće prednji točak u smjeru nagiba. Ovaj trenutak je uzrokovan silom reakcije tla. Primjenjuje se na tačku gdje točak dodiruje tlo i usmjeren je prema gore. Budući da osovina upravljanja ne prolazi kroz ovu tačku, kada je bicikl nagnut, sila reakcije tla se pomjera u odnosu na osovinu upravljanja.
Tako se i sprovodi automatsko upravljanje, pomaže u održavanju ravnoteže. Ako se bicikl slučajno nagne, prednji točak se okreće u istom smjeru, bicikl počinje da se okreće, centrifugalna sila ga vraća u uspravan položaj, a sila trenja vraća prednji točak u neutralni položaj. Zahvaljujući tome, možete voziti bicikl "bez ruku". Bicikl sam održava ravnotežu. Pomicanjem centra gravitacije u stranu, možete održavati konstantan nagib bicikla i napraviti skretanje.
Može se primijetiti da sposobnost bicikla da samostalno održava dinamičku ravnotežu ovisi o dizajnu vilice upravljača. Odlučujući faktor je reakcioni krak oslonca točka, odnosno dužina okomice spuštene od tačke kontakta točka sa tlom do ose rotacije vilice; ili, što je ekvivalentno, ali lakše za mjerenje, je udaljenost od točke kontakta točka do točke presjeka ose rotacije vilice sa tlom. Dakle, za isti kotač će rezultirajući moment biti veći, što je veći nagib ose rotacije vilice. Međutim, da bi se postigle optimalne dinamičke karakteristike, nije potreban maksimalni obrtni moment, već strogo definisan: ako će premali obrtni moment dovesti do poteškoća u održavanju ravnoteže, onda će preveliki dovesti do oscilatorne nestabilnosti, posebno „šimi ” (vidi dolje). Stoga je položaj ose točka u odnosu na osu viljuške pažljivo odabran tokom projektovanja; Mnoge biciklističke vilice su dizajnirane da savijaju ili jednostavno pomjeraju osovinu kotača naprijed kako bi se smanjio višak kompenzacijskog momenta.
Rašireno mišljenje o značajnom utjecaju žiroskopskog momenta rotirajućih kotača na održavanje ravnoteže je netačno.
On velike brzine(počevši od približno 30 km/h) na prednjem točku može doći do tzv kolebanje brzine, ili "shimi" su fenomen dobro poznat u avijaciji. Sa ovom pojavom, točak se spontano ljulja udesno i ulijevo. Zavoji velikom brzinom su najopasniji kada se vozi „bez ruku“ (tj. kada biciklista vozi ne držeći upravljač). Razlog za kolebanje pri velikim brzinama nije loša montaža ili slabo pričvršćenje prednjeg točka, već su uzrokovane rezonancijom. Treperenje brzine je lako zaustaviti usporavanjem ili promjenom držanja, ali ako to ne učinite, mogu biti smrtonosni.
Vožnja bicikla je efikasnija (u smislu potrošnje energije po kilometru) od hodanja i vožnje. Vožnja bicikla brzinom od 30 km/h sagorijeva 15 kcal/km (kilokalorije po kilometru), odnosno 450 kcal/h (kilokalorije na sat). Hodanje brzinom od 5 km/h sagorijeva 60 kcal/km ili 300 kcal/h, odnosno četiri puta biciklom efikasnije od hodanja na osnovu potrošnje energije po jedinici udaljenosti. Budući da biciklizam sagorijeva više kalorija na sat, ujedno je i najbolji sportsko opterećenje. Prilikom trčanja, potrošnja kalorija po satu je još veća. Mora se uzeti u obzir da uticaj trčanja, kao i nepravilna vožnja bicikla (na primjer, vožnja uzbrdo u visokim brzinama, hladna koljena, nedostatak dovoljno tekućine, itd.) mogu ozlijediti koljena i skočni zglob. Uvježban čovjek koji nije profesionalni sportista, može razviti snagu od 250 vati, odnosno 1/3 KS, dugo vremena. With. Ovo odgovara brzini od 30-50 km/h na ravnom putu. Žena može razviti manje apsolutne moći, ali više snage po jedinici težine. Pošto se na ravnom putu skoro sva snaga troši na savladavanje otpora vazduha, a pri vožnji uzbrdo glavni troškovi su savladavanje gravitacije, žene, pod svim ostalim uslovima, voze sporije na ravnom terenu, a brže uzbrdo.
Na osnovu materijala Wikipedije
