Kolo je v dnešní době, kdy je tolik aut, stále oblíbenějším dopravním prostředkem, že si navzájem překážejí v existenci. Jízdní kola mají oproti autům četné výhody, a proto jsou v mnoha evropských zemích považována téměř za hlavní dopravní prostředek. Obliba dvoukolových kamarádů roste i u nás.
Kolo není jen dopravní prostředek, ale také složitý mechanický systém, který funguje podle základních fyzikálních zákonů. Všechno jízdní kola, bez ohledu na typ, značku, model a cenu, nutí své jezdce překonávat různé síly. Při jízdě cyklista čelí dvěma hlavním silám – gravitaci a aerodynamike. Gravitační síla tlačí cyklistu s jeho vozidlem k zemi. V tomto případě je vektor silového působení nasměrován přísně kolmo k zemskému povrchu. Gravitační síla je tím větší, čím těžší kolo s jezdcem váží. Má velký vliv na úsilí, které musí cyklista vynaložit při jízdě na svém dvoukole vozidlo. Pokud je tělesná hmotnost a hmotnost kola nižší, bude jízda mnohem snazší, což znamená, že jízda poskytne příjemnější pocity. I když pro někoho je kolo simulátorem spalování kalorií.
Druhou základní fyzickou silou, kterou musí cyklista při pohybu překonat, je aerodynamika. V podstatě se jedná o odporovou sílu přicházejícího proudu vzduchu, která se zvyšuje s rostoucí rychlostí. Čím rychleji se cyklista pohybuje, tím větší je síla odporu vzduchu. Kromě protijedoucích proudů vzduchu mohou na kolo působit i boční větry, které pohyb dále komplikují a nutí vyvíjet další síly. Při jízdě vysokou rychlostí na rovné silnici není snadné překonat aerodynamické síly - to vyžaduje vynikající fyzický trénink. Pokud žádné není, je lepší koupit kolo s elektrickým pohonem, který vám umožní jezdit ve dvou režimech - mechanickém a automatickém. Je třeba poznamenat, že mechanické řízení spotřebuje mnohem více energie a úsilí než automatické. Aby se šetřila baterie, je lepší nejezdit pořád na elektrický pohon, ale jen v těch oblastech, které jsou zvlášť těžko překonatelné vlastními silami (stoupání, nerovný terén a podobně).
Vzhledem k tomu, že klasické jízdní kolo má dvě kola, aby mohl cyklista jezdit, potřebuje neustále udržovat rovnováhu a překonávat různé síly, které v procesu pohybu vznikají.
To, že je kolo jednoduché, ještě neznamená, že je tak jednoduché. fyzické síly, jednání při jízdě na kole jsou založeny na základních vědeckých zákonech. Zvažte hlavní síly, které působí při jízdě na kole.
Vnější síly
1. Gravitační síla (gravitace). Gravitace je jedním ze čtyř základních jevů v přírodě. Vysvětleno Newtonovým zákonem. Síla, kterou působí, je přímo úměrná tělesné hmotnosti cyklisty. Jak větší váhu cyklista, silnější síla gravitace. Působí na cyklistu a komponenty jízdního kola kolmo k zemi. Síla jeho působení se zvyšuje při jízdě na kole do kopce a odpovídajícím způsobem klesá při klesání.
2. Síla odporu vzduchu. Aerodynamické síly působící na cyklistu jsou především součtem odporu vzduchu a hlavy nebo bočního větru. Na průměrná rychlost a při pohybu na rovném povrchu je aerodynamický odpor největší silou, která brání pohybu vpřed. S dalším zvýšením rychlosti se stává ohromující a její velikost daleko převyšuje všechny ostatní síly, které brání pohybu vpřed.
3. Síla valivého odporu. Valivý odpor je síla, která vzniká, když se kulatý předmět, v tomto případě kolo jízdního kola, pohybuje po rovném povrchu přímočarou rychlostí. Dochází k němu především při deformaci kola, povrchu, po kterém se kolo pohybuje, nebo při deformaci obojího. Při jízdě na kole se tato síla zvyšuje se špatně nafouknutými koly nebo při pohybu např. po písku. Také síla valivého odporu navíc závisí na takových faktorech, jako je poloměr kola, rychlost pohybu a typ kontaktních ploch.
4. Síly generované během manévrů k vyvážení jízdního kola. Vznikají při změně směru jízdy jízdního kola nebo při manipulaci s řídítky za účelem vyvážení jízdního kola a udržení rovnováhy. Určeno odstředivou silou. V mechanice se pojem odstředivá síla používá k vysvětlení dvou pojmů – setrvačná síla a dostředivá síla. Jsou to složité procesy a jejich rozebrání trvá poměrně dlouho. Všechny jsou popsány v učebnicích.
vnitřní síly
1. Točivý moment- to je schopnost otáčet předmět kolem své osy, tedy kolo jízdního kola, pomocí působící síly. Sílu vytvářejí nohy cyklisty a točivý moment je přenášen z pedálů na kolo jízdního kola pomocí řetězu, kardanu, řemenu nebo jiného převodu. Nastavitelné výběrem přední a zadní hvězdy v různých možnostech.
2. Ostatní vnitřní síly způsobené především třením mezi pohyblivými částmi kola a jeho konstrukčními možnostmi. Jejich hodnota závisí na typu odpružení, převodu, mechanismu řízení a dalších konstrukčních prvcích.
Přečtěte si také na toto téma:
Na jízdním kole se pro přenos točivého momentu z řetězu na náboj zadního kola používají tři hlavní typy převodů: Kazetový převod. Frivolní přenos. Převod zdarma.
Neexistují žádná striktní pravidla, každý si vybere svou verzi, někdy velmi odlišnou od obecně přijímané. Se získáváním jízdních zkušeností si každý cyklista rozvíjí své vlastní priority při výběru převodů pro sebe. Pro zachování prvků převodovky a prodloužení životnosti...
Přední přehazovačka. Jeho úkolem je přesouvat řetěz z jedné hvězdy na druhou. Mechanismus paralelogramu pohybuje rámem, kterým prochází řetěz. Při přepnutí na jinou rychlost se rám posune a je umístěn nad požadovanou hvězdou ...
Existuje přímá úměra mezi tlakem v komoře a snadností jízdy na kole. Nedostatečně nafouknutá kola zpomalují kolo a naopak komory naplněné vzduchem nepřesahující maximální tlak umožňují snadný pohyb ...
Vynález řetězového pohonu před více než sto lety byl jedním z revolučních kroků ve vývoji jízdního kola. S pomocí řetězu bylo možné přenést sílu z pedálů na zadní kolo jízdní kolo, což umožnilo zmenšit velikost kol na moderní velikosti ...
Jeden z nejoblíbenějších typů aktivní odpočinek je jízda na kole. Kromě toho, že kolo umožňuje posilovat a rozvíjet různé svaly (svaly nohou, paží, zad a břicha), je také prostředkem k prohlídce místních památek nebo se prostě rozveselit jízdou na něm s celou rodinou. nebo s přáteli. Jízdní kolo s nešikovnou jízdou však může způsobit otlaky a odřeniny. Zejména při jízdě vysokou rychlostí v zatáčce. Zkusme přijít na to, co musíte udělat, abyste se při jízdě na kole bezpečně střídali.
Při šlapání na kole se síla cyklisty přenese na kola, takže se začnou otáčet. Pneumatiky jízdních kol interagují s povrchem vozovky. Síly této interakce jsou reakční síla podpory a třecí síla, která způsobuje pohyb jízdního kola a také chrání jízdní kolo před smykem během zatáčky. Čím větší je třecí síla mezi pneumatikami jízdního kola a povrchem vozovky, tím jistější a spolehlivější bude jízda, zejména v zatáčkách. Maximální třecí síla je kluzná třecí síla, je určena vzorcem:
kde je koeficient tření a N je reakční síla podpory směřující svisle nahoru.
Během zatáčky se kolo pohybuje po oblouku s určitým poloměrem R (viz pohled shora). V tomto případě je rychlost jízdního kola směrována tangenciálně k trajektorii a dostředivé zrychlení a třecí síla držící cyklistu směřuje ke středu oblouku. Podle druhého Newtonova zákona:
Vzhledem k tomu, že gravitační síla směřuje svisle dolů a dostředivé zrychlení je,
dostaneme, že minimální možný poloměr oblouku se vypočítá podle vzorce:
Koeficient tření pryže je v rozmezí 0,5 až 0,8 pro suchý asfalt a v rozmezí 0,25 až 0,5 pro mokrý asfalt. Proto při jízdě rychlostí 15 km/h (přibližně 4,2 m/s) bude bezpečné otočit se po oblouku o poloměru R \u003d 4,2 2 / (0,5 9,8) \u003d 3,6 m (suchý asfalt) a R \u003d 4,2 2 / (0,25 9,8) \u003d 7,2 m (mokrý asfalt).
Nutno také podotknout, že pro udržení rovnováhy při zatáčení je potřeba kolo mírně naklonit ve směru zatáčky.
Podle navržené metody vám doporučujeme vypočítat:
- poloměr bezpečné zatáčky při rychlosti 24 km/h na suché polní cestě (koeficient tření 0,4) a na ledu (koeficient tření 0,15);
- úhel α jízdního kola pro udržení rovnováhy při zatáčení stejnou rychlostí za předpokladu, že odstředivá síla působí na těžiště jízdního kola.
Momenty sil při pohybu jízdního kola.
Dvoukolové kolo při pohybu nepadá, protože ten, kdo na něm jezdí, neustále udržuje rovnováhu. Opěrná plocha jízdního kola je malá - je to přímka vedená body kontaktu kol jízdního kola se zemí. Proto je jízdní kolo ve stavu dynamické rovnováhy. Toho je dosaženo řízením: když je kolo nakloněno, osoba otáčí volantem stejným směrem. Poté se jízdní kolo otáčí, zatímco odstředivá síla vrací jízdní kolo do výchozí vertikální polohy. Proces řízení pro udržení rovnováhy je nepřetržitý, takže pohyb kola není přímý. Pokud je volant pevný, kolo spadne. Existuje vztah mezi rychlostí a odstředivou silou. Čím vyšší rychlost, tím větší je hodnota odstředivé síly a tím méně je potřeba vychylovat volant pro udržení rovnováhy.
Pro zatáčení je potřeba naklonit kolo na stranu tak, aby součet odstředivé síly a gravitační síly prošel nosnou linií kola. Pokud tomu tak není, pak odstředivá síla nakloní kolo opačným směrem. Pro usnadnění rovnováhy má konstrukce řízení jízdního kola své vlastní charakteristiky. Osa sloupku řízení je nakloněna dozadu a není umístěna svisle. Prochází pod osou otáčení kola a před bodem, kde se kolo jízdního kola dotýká země. S tímto typem designu je dosaženo následujících cílů:
Stabilita kola při brzdění.
Při brzdění při jízdě na kole je hlavní udržet rovnováhu. Minimálně brzdění důležitý bod než jízda samotná, a s největší pravděpodobností nejdůležitější, protože na ní závisí zdraví cyklisty. Pokud znáte teorii chování kola při brzdění, můžete výrazně snížit počet modřin a nárazů (bez toho se bohužel stále neobejdete).
Co je brzdění
Definice je jasná. V encyklopediích se píše, že „brzdit znamená zpomalit pohyb pomocí brzdy“. Ale přeci jen je to celé tak, že většinou každého moc nezajímá, co zpomalit (i když by to mělo být zmíněno), většinou každého zajímá, jak pohyb zpomalit (zmáčknete páku a je to), a ne jak to zpomalit v určité konkrétní situaci na silnici. Ke všemu si můžete zkusit namalovat spoustu teoretických rad možné situace na silnici, ale vždy existují výjimky z pravidel a cyklista se dříve nebo později ocitne v situaci, kdy není dostatek doporučení. Nejdůležitější je, že brzdění při jízdě na kole by mělo být automatické, protože v nouzových případech prostě není čas přemýšlet o tom, jak to udělat správně, a pamatovat si teorii. Akceptovat správné řešení pomáhá intuice, ale je potřeba znát i některá teoretická pravidla pro chování kola v době brzdění.
Jízda na kole.
Odvalování jízdního kola závisí na různých faktorech: vlastnostech rámu, tlumičích, průměru kol, pneumatikách, tlaku v komorách, celkové hmotnosti kola a mnoha dalších. Odskok nelze měřit v číslech. Zkušení cyklisté to mohou cítit a ocenit. U amatérů je rozdíl viditelný zejména pokud se mění např levné kolo na dražší a kvalitnější.
Co určuje odvalování jízdního kola
Rám. Existuje výraz „rolovací rám“. Je však velmi obtížné cítit rozdíl mezi „nerolovacím“ a „rolovacím“ rámem, protože jasně patrné vlastnosti jsou charakteristické pouze pro velmi drahé modely. Rámy vyrobené z drahých materiálů mají tendenci absorbovat nárazy a vibrace. Delší konstrukce rámu pomáhá jezdci získat aerodynamičtější jízdní pozici na kole, což má pozitivní vliv na odvalování. Na běžném kole však odvalování od rámu nezávisí tolik jako na jiných komponentech.
Velikost kola. Jeden z hlavních určujících faktorů ovlivňujících náklon jízdního kola. Větší 28" nebo 29" kola jedou rychleji než 26" kola, takže se s nimi kolo více odvaluje. Tuto kvalitu mají nyní oblíbené niněrky s 29palcovými koly.
Chránič pneumatik. Nejlépe se odvalují hladké, úzké pneumatiky bez běhounu. Nejhorší ze všeho je široká agresivní pneumatika s vysokým dezénem.
Fyzikální síly působící na jízdní kolo
Vzhledem k tomu, že klasické jízdní kolo má dvě kola, aby mohl cyklista jezdit, potřebuje neustále udržovat rovnováhu a překonávat různé síly, které v procesu pohybu vznikají. To, že je kolo jednoduché, ještě neznamená, že je tak jednoduché. Fyzikální síly působící při jízdě na kole jsou založeny na základních vědeckých zákonech. Zvažte hlavní síly, které působí při jízdě na kole.
vnější síly.
1. Gravitační síla (gravitace). Gravitace je jedním ze čtyř základních jevů v přírodě. Vysvětleno Newtonovým zákonem. Síla, kterou působí, je přímo úměrná tělesné hmotnosti cyklisty. Čím větší je hmotnost cyklisty, tím silnější je gravitační síla. Působí na cyklistu a komponenty jízdního kola kolmo k zemi. Síla jeho působení se zvyšuje při jízdě na kole do kopce a odpovídajícím způsobem klesá při klesání.
2. Síla odporu vzduchu. Aerodynamické síly působící na cyklistu jsou především součtem odporu vzduchu a hlavy nebo bočního větru. Při střední rychlosti a pohybu po rovném povrchu je aerodynamický odpor největší silou, která brání pohybu vpřed. S dalším zvýšením rychlosti se aerodynamický odpor stává ohromujícím a jeho velikost daleko převyšuje všechny ostatní síly, které brání pohybu vpřed.
Aerodynamické zkoušky v cyklistice
Při zlepšení Specifikace kolo dosáhlo určité hranice a ve výkonu jednotlivých komponent od různých výrobců není prakticky žádný rozdíl, dbali na odpor vzduchu, který cyklista při jízdě překonává. Tento ukazatel měl působivou číselnou hodnotu, takže bylo na čem pracovat. Stejně jako v leteckém průmyslu i v automobilovém průmyslu se využívá aerodynamický tunel k testování, jak na cyklistu působí přicházející proudění vzduchu. Toto drahé zařízení pomáhá určit interakci předmětu (cyklisty) s proudem vzduchu a také určit působící síla v číselném vyjádření. Při testech se zjišťuje optimální usazení cyklisty a také součinitel odporu proti protijedoucímu proudu vzduchu samostatné části jízdní kolo a sportovní vybavení.
Design aerodynamického tunelu je místnost, na jejíž jedné straně jsou instalovány vysoce výkonné ventilátory, vytvářejí proudění vzduchu simulující protivítr, jehož rychlost je řízena změnou výkonu elektromotorů, které ventilátor otáčejí čepele
odolnost rámu kola
Během provozu jízdního kola působí na rám zatížení, která se mnohokrát opakují. Tato cyklická zatížení vznikají z nerovností vozovky: jámy, hrboly, výmoly v asfaltu atd. Když se hliníkové slitiny začaly používat v různých konstrukcích (zejména v letectví a kosmonautice), studie ukázaly, že jediné zatížení nezpůsobí deformace a destrukci materiálu, ale určitý počet zatěžovacích cyklů v konstrukčním materiálu způsobil deformaci, trhliny a následnou destrukci. Tento jev je charakterizován pojmem „únavové selhání“. Počet zatěžovacích cyklů, které vedou k selhání, se nazývá „únavová životnost“.
Stejné studie ukázaly, že přítomnost trhlin, promáčklin, děr, svarů v nejvíce zatížených částech konstrukce snižuje řádově životnost samotné konstrukce. Tento trend se nazývá „místní koncentrace stresu“. I malá díra ve struktuře přispívá ke zvýšení napětí vedle ní nejméně 2krát a škrábnutí dostatečné hloubky 5-6krát. Trhlina zvyšuje místní napětí na mez kluzu, a proto se systematicky zvyšuje s rostoucí rychlostí.
V následujících situacích dvoukolka nespadnout, je třeba neustále udržovat rovnováhu. Vzhledem k tomu, že stopa jízdního kola je velmi malá (v případě dvoukolového kola je to jen přímka vedená dvěma body, kde se kola dotýkají země), může být takové kolo pouze v dynamické rovnováze. Toho je dosaženo pomocí řízení: pokud se kolo nakloní, cyklista vychýlí řídítka na stejnou stranu. V důsledku toho se kolo začne otáčet a odstředivá síla vrátí kolo do vzpřímené polohy. Tento proces je nepřetržitý, takže dvoukolové kolo nemůže jet striktně rovně; Pokud opravíte volant, kolo určitě spadne. Čím vyšší rychlost, tím větší je odstředivá síla a tím méně je potřeba vychylovat volant pro udržení rovnováhy.
Při zatáčení je potřeba naklonit kolo ve směru zatáčky tak, aby součet gravitace a odstředivé síly prošel linií podpory. Jinak odstředivá síla převrátí kolo opačným směrem. Stejně jako při jízdě v přímém směru nelze ideálně udržet takový sklon a řízení probíhá úplně stejně, pouze je posunuta poloha dynamické rovnováhy s přihlédnutím ke vzniklé odstředivé síle.
Konstrukce řízení kola usnadňuje udržení rovnováhy. Osa otáčení volantu není svislá, ale sklopená dozadu. Navíc prochází pod osou otáčení přední kolo a před bodem, kde se kolo dotýká země. Tento design dosahuje dvou cílů:
- Když se přední kolo jedoucího jízdního kola náhodně vychýlí z neutrální polohy, vznikne kolem řídící nápravy třecí moment, který vrátí kolo zpět do neutrální polohy.
- Pokud kolo nakloníte, vyvine se moment síly, který otočí přední kolo ve směru náklonu. Tento moment je způsoben reakční silou podpory. Aplikuje se na místo, kde se kolo dotýká země a směřuje nahoru. Protože řízená náprava tímto bodem neprochází, když se kolo nakloní, posouvá se reakční síla země vzhledem k řízené nápravě.
Tak se to provádí automatické řízení pomoci udržet rovnováhu. Pokud se kolo náhodou nakloní, pak se přední kolo otočí stejným směrem, kolo se začne otáčet, odstředivá síla ho vrátí do vzpřímené polohy a třecí síla vrátí přední kolo zpět do neutrální polohy. Díky tomu můžete na kole jezdit „bez rukou“. Kolo samo udržuje rovnováhu. Posunutím těžiště do strany můžete udržovat konstantní náklon kola a zatáčet.
Je vidět, že schopnost jízdního kola udržovat dynamickou rovnováhu sama o sobě závisí na konstrukci vidlice řízení. Určujícím faktorem je rameno reakce podpěry kola, to znamená délka kolmice spuštěné od bodu dotyku broušeného kola k ose otáčení vidlice; nebo ekvivalentně, ale snáze měřitelná vzdálenost od bodu kontaktu kola k bodu, kde se osa otáčení vidlice protíná se zemí. Pro stejné kolo tedy bude výsledný moment tím vyšší, čím větší bude sklon osy otáčení vidlice. K dosažení optimálních dynamických charakteristik však není potřeba maximální točivý moment, ale přesně definovaný: pokud příliš malý moment vede k potížím s udržením rovnováhy, pak příliš velký točivý moment vede k oscilační nestabilitě, zejména „shimmy“. " (viz. níže). Proto je v návrhu pečlivě zvolena poloha osy kola vůči ose vidlice; mnoho vidlic kol je vyklenutých nebo jednoduše posunutých dopředu, aby se snížil nadměrný točivý moment.
Rozšířený názor o výrazném vlivu gyroskopického momentu rotujících kol na udržení rovnováhy je nesprávný.
Na vysoké rychlosti(od cca 30 km/h) může přední kolo zažít tzv. kolísání rychlosti neboli "shimmy" - fenomén dobře známý v letectví. Při tomto jevu se kolo samovolně vrtí doprava a doleva. Vysokorychlostní viklání je nejnebezpečnější při jízdě „ruce pryč“ (tedy když cyklista jede bez držení volantu). Důvodem vysokorychlostního viklání není špatná montáž nebo špatné uložení předního kola, jsou způsobeny rezonancí. Kolísání rychlosti lze snadno uhasit zpomalením nebo změnou polohy, ale pokud se tak nestane, může být smrtelné.
Jízda na kole je efektivnější (z hlediska nákladů na energii na kilometr) než chůze a jízda autem. Jízda na kole rychlostí 30 km/h spálí 15 kcal/km (kilokalorií na kilometr) nebo 450 kcal/h (kilokalorií za hodinu). Při chůzi rychlostí 5 km/h se spálí 60 kcal/km nebo 300 kcal/h, tedy čtyřikrát na kole efektivnější než chůze spotřeba energie na jednotku vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že jízda na kole spálí více kalorií za hodinu, je také nejlepší sportovní zátěž. Při běhu jsou náklady na kalorie za hodinu ještě vyšší. Uvědomte si, že dopad běhu i nesprávná jízda na kole (např. jízda do kopce na vysoký převod, prochladnutí kolen, nedostatek tekutin atd.) mohou zranit kolena a hlezenního kloubu. Vycvičený muž, který není profesionální atlet, dokáže vyvinout výkon 250 wattů, neboli 1/3 hp po dlouhou dobu. S. To odpovídá rychlosti 30-50 km/h na rovné silnici. Žena může vyvinout méně absolutní síly, ale více síly na jednotku hmotnosti. Vzhledem k tomu, že na rovné silnici je téměř veškerá síla vynaložena na překonání odporu vzduchu a při jízdě do kopce je hlavním nákladem překonání gravitace, ženy, za jinak stejných okolností, jezdí na rovině pomaleji a do kopce rychleji.
Podle Wikipedie
