Почему велосипед не падает, когда едет?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 03.10.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Как нужно трогаться автомобилю на скользкой дороге?
Почему лед прозрачный, а снег белый?
При каких условиях возникает эхо?
Зачем в середине парашюта делают дырку?


Введение:

Мы понятия не имеем, насколько напряженным и неутомимым работает наш мозг, чтобы не дать нам упасть.

Британцы говорят об очень легкой задаче, что это «так же просто, как ехать на велосипеде». Но как нам удержать этот байк от падения? 

Большинство скажет, что это эффект гироскопа. Но на самом деле ситуация совсем иная. 

Другими словами, гироскопический эффект объясняется тем, что вращающееся колесо имеет тенденцию продолжать вращение вокруг своей оси (именно так вершина и даже планета Земля остаются на своей оси вращения).

Этот эффект заметен для мотоциклистов, поскольку колеса мотоцикла большие, массивные и быстро вращаются. Но простой велосипедист не сталкивается с колесами велосипеда намного легче, и при скорости ходьбы они не вращаются достаточно быстро. 

Почему велосипед не падает, когда едет?

Если бы в педальном велосипеде использовался эффект гироскопа, то любому новичку хватило бы оттолкнуться ногой, чтобы покататься

Если бы в педальном велосипеде использовался эффект гироскопа, то любому новичку хватило бы отталкиваться ногой, все остальное делалось бы для него по законам природы.

Но на самом деле вам придется научиться ездить на велосипеде так же, как вы научились ходить.

Ваш мозг несет полную ответственность за способность ездить на велосипеде.

Представьте себе движение по идеально прямой линии, нарисованной на идеально ровной поверхности. Конечно, это очень просто! Но нет. 

Почти невозможно проехать по узкой прямой линии так же, как даже в трезвом состоянии вы вряд ли сможете пройти по ней без спотыкания. Попробуй сам. 

Попробуйте еще один маленький эксперимент: попытайтесь встать на цыпочки на одну ногу, используя руки для поддержания равновесия.

Сложно, не правда ли? Теперь попробуйте то же самое, но прыгайте с ноги на ногу. Поддерживать равновесие станет намного легче. 

Вот как ты бежишь. Ваш мозг научился вносить небольшие корректировки с каждым прыжком: например, если вы наклоняетесь вправо, то на следующем шаге вы будете немного двигаться влево. 

То же самое верно и для езды на велосипеде: с каждым вращением педали вы слегка меняете направление.

Начиная падать вправо, вы неосознанно поворачиваете руль в том же направлении, чтобы изменить положение колеса, а затем просто невольно возвращаетесь к предыдущей траектории движения.

Это «виляние» совершенно нормально. Это более заметно у начинающих (особенно детей), которые едут по довольно крутой «синусоиде», и почти незаметно среди опытных велосипедистов. 

Тем не менее, эти небольшие колебания являются частью процесса и объясняют, почему так трудно ходить (или ехать) по совершенно прямой линии, и в этом случае вы не можете совершать эти очень необходимые движения из стороны в сторону.

Кроме того, в дизайне велосипеда есть несколько полезных решений, облегчающих поездку.

Наиболее важным из них является наклон рулевой колонки (или так называемой головной трубы), благодаря которому переднее колесо касается земли в точке, которая находится позади выступа рулевого моста на земле. Расстояние между этими точками называется выкатыванием. 

Внедрение очень помогает поддерживать равновесие, когда вы едете без рук: например, если вы наклоняетесь вправо, сила, действующая на так называемый участок контакта с землей, повернет переднее колесо вправо.

Это свойство облегчает рулевое управление и позволяет управлять им без помощи рук, слегка наклоняясь влево или вправо.

Но есть и велосипеды с вертикальными рулевыми колонками, на которых также можно отлично ездить. На самом деле, сделать велосипед, на котором невозможно будет ездить, очень сложно, хотя многие предпринимали такие попытки. 

Дело в том, что велосипед не падает только из-за вас и вашего сознания, и это легко доказать.

Попробуйте скрестить руки, например. Вы даже не сможете начать движение, и если вы делаете это на ходу, вы рискуете немедленно упасть. Если бы велосипед удерживался в вертикальном положении благодаря эффекту гироскопа, этого бы не произошло. 

Клоуны и уличные артисты катаются на велосипедах задним ходом. Чтобы научиться делать это, требуются месяцы обучения: вы должны полностью забыть, как ездить на обычном велосипеде. Удивительно, как работает наш мозг! 

Но как насчет эффекта гироскопа, о котором я упоминал выше? Это немного помогает? Нет, если вы не доберетесь до очень высокой скорости. 

Существует хорошо известный эксперимент, который якобы доказывает влияние этого эффекта на велосипедное колесо, но расчеты показывают, что его сила далека от значения, которое могло бы удерживать вас прямо во время езды.

Чем больше ты будешь вилять, тем лучше

Чтобы доказать, что эффект гироскопа не имеет значения, я построил велосипед со вторым передним колесом, вращающимся в противоположном направлении. Эта идея не нова: такое же устройство было сделано в 1970 году Дэвидом Джонсом. Мы оба придумали одну и ту же идею. 

Короче говоря, вращающееся колесо обратного действия разрушает эффект гироскопа на переднем колесе и доказывает, что единственное, что удерживает вас от падения, это активность вашего мозга.

Почему велосипед не падает, когда едет?

Это также забавный эксперимент, который может сделать каждый.

Так как же научиться ездить на велосипеде? Знаете, мне не нравится, когда дети учатся ездить с маленькими тренировочными колесами по бокам: каждый раз, когда они касаются земли, они теряют способность сохранять равновесие. 

Ваш мозг должен научиться корректировать курс, поэтому снимайте тренировочные колеса и чем больше вы качаетесь, тем лучше.

Умение ездить на велосипеде это действительно только твоя голова.

Чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку опорная площадь велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это просто прямая линия, проведенная через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом режиме. равновесие. Это достигается путем рулевого управления: если велосипед наклоняется, велосипедист наклоняет руль в том же направлении. В результате велосипед начинает поворачиваться, и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может двигаться строго прямо; если руль закреплен, велосипед упадет. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше вам нужно наклонить рулевое колесо, чтобы сохранить равновесие. 

При повороте необходимо наклонить мотоцикл в направлении поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию поддержки. В противном случае центробежная сила наклонит велосипед в противоположном направлении. Как и при движении по прямой, в идеальном случае невозможно поддерживать такой наклон, и рулевое управление осуществляется таким же образом, только положение динамического равновесия смещается с учетом возникшей центробежной силы. 

Рулевое управление велосипеда облегчает поддержание баланса. Ось рулевого управления не вертикально, а откинута назад. Он также проходит ниже точки поворота переднего колеса и перед точкой, где колесо касается земли. Этот дизайн достигает двух целей: 

Если переднее колесо движущегося велосипеда случайно отклоняется от нейтрального положения, возникает момент трения вокруг оси управления, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.

Когда велосипед наклонен, возникает момент силы, который поворачивает переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Он прикреплен к точке, в которой колесо касается земли и указывает вверх. Поскольку рулевая ось не проходит через эту точку, когда велосипед наклонен, сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси. 

Таким образом, автоматическое управление осуществляется для поддержания баланса. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в том же направлении, велосипед начинает вращаться, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а трение заставляет переднее колесо вернуться в нейтральное положение. Благодаря этому вы можете ездить на велосипеде «без помощи рук». Сам велосипед поддерживает равновесие. Смещая центр тяжести в сторону, вы можете поддерживать постоянный наклон велосипеда и делать поворот. 

Видно, что способность велосипеда самостоятельно поддерживать динамический баланс зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющее плечо это рычаг реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного от точки контакта колеса с землей на оси вращения вилки; или, что эквивалентно, но легче измерить, расстояние от точки контакта колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землей. Таким образом, для того же колеса результирующий крутящий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик необходим не максимальный крутящий момент, а строго определенный: если слишком малый крутящий момент приводит к затруднению поддержания равновесия, то слишком большой к колебательной неустойчивости, в частности «шимми». Поэтому положение оси колеса относительно оси вил тщательно выбирается при проектировании; Многие велосипедные вилки согнуты или просто смещены вперед, чтобы уменьшить избыточный крутящий момент. 

Распространенное мнение о значительном влиянии гироскопического момента вращающихся колес на поддержание равновесия неверно.

На высоких скоростях (примерно от 30 км / ч) переднее колесо может испытывать так называемые скоростные колебания или шимми, которые хорошо известны в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Высокоскоростное колебание наиболее опасно при езде без рук (то есть, когда велосипедист едет без удержания колеса). Высокоскоростное колебание вызвано не плохой сборкой или ненадежным креплением переднего колеса, а резонансом. Высокоскоростные колебания легко подавляются, замедляя или изменяя положение, но если не сделано, они могут быть смертельными. 

Заключение

Езда на велосипеде является более эффективной (с точки зрения потребления энергии на километр) как ходьбы, так и вождения. Езда на велосипеде со скоростью 30 км / ч сжигает 15 ккал / км (килокалорий на километр) или 450 ккал / ч (килокалорий в час). Ходьба со скоростью 5 км / ч приводит к сжиганию 60 ккал / км или 300 ккал / ч, то есть езда на велосипеде в четыре раза эффективнее, чем ходьба с точки зрения потребления энергии на единицу расстояния. Поскольку езда на велосипеде потребляет больше калорий в час, это также лучшая спортивная активность.

При работе стоимость калорий в час еще выше. Обратите внимание, что ударные нагрузки во время бега, а также неправильная езда на велосипеде (например, езда в гору на высоких передачах, переохлаждение коленей, недостаток жидкости и т. д.) могут повредить колени и лодыжку. Тренированный человек, который не является профессиональным спортсменом, может развивать мощность в 250 Вт или 1/3 л.с. в течение длительного времени.

Это соответствует скорости 30-50 км / ч на ровной дороге. Женщина может развить меньшую абсолютную силу, но большую мощность на единицу веса. Поскольку на ровной дороге почти вся энергия расходуется на преодоление сопротивления воздуха, а при движении в гору основные затраты заключаются в преодолении силы тяжести, когда женщины при прочих равных условиях идут медленнее на ровной поверхности и быстрее в гору.