"Ez olyan egyszerű, mint a biciklizés" - mondja egy népszerű kifejezés, amelyet egyes feladatok elvégzéséhez szükséges egyszerűség kifejezésére használnak; Ami pedig a kerékpározást illeti, ez egy olyan kifejezés, amely nem áll távol az igazságtól, mert a kerékpározás olyan egyszerű, hogy szinte mindenki tudja, hogyan kell csinálni - vagy legalábbis azok számára, akik javasolták -, de olyan egyszerű, mint gondolnánk? ->

Ami a pedálozás tényét illeti, igen, de bár a legtöbb kerékpáros számára általános, hogy jobban koncentrálunk az út dudoraira; kerülje, hogy az autós elgázolja; a biztonságos infrastruktúra hiánya vagy az autóbusz elkerülése ez elvonja a figyelmünket, és figyelmen kívül hagyjuk azokat a jelenségeket, amelyek tagadhatatlanul érdekesek, és amelyek minden megtett pedállökésnél jelen vannak, és amelyek: azok a jelenségek, amelyeket a fizika tanulmányoz és amelyek alapvető részei a mechanizmusok megértésének kerékpárunk.

Ezeknek a jelenségeknek a megértése az első kihívások egyikével kezdődik, amelyet legyőz, amikor elindul a kerékpárral, ami fenntartja az egyensúlyt. Ez a tudás jóval messzebb megy, mint a leeséstől való félelmünk leküzdése, mert ettől kezdődnek azok a következmények, amelyek a kerékpár mögött álló tudományhoz kapcsolódnak.

kerékpár

A kerékpárok fizikája

Mivel az egyensúly megőrzésének tudománya kerékpározás közben egyáltalán nem egyszerű, és nem csak testünk eltökéltségéről beszélek annak elkerülése érdekében, hogy elkerüljük az útburkolatot, hanem a fizikai jelenségek egyesüléséről, amelyek az egyik leggyakoribb gépen hatnak létező: a kerékpár.

Titokzatos biciklink

És épp a fizika révén válik érdekessé, sőt titokzatossá a kerékpárunk, mert a fizika felelős azért, hogy leírja azokat az erőket, amelyek lehetővé teszik kerékpárunk működését, függőleges helyzetben maradását, és azokat a változókat, amelyek ezt lehetővé teszik. jobb, mint egy másik, vagy miért képes egy kerékpár egyenes vonalban haladni, anélkül is, hogy egy lovas irányítaná. ->

Mitől áll fel a biciklink?

Albert Einstein állítólag kijelentette, hogy "az élet olyan, mint a kerékpározás: az egyensúly megőrzése érdekében tovább kell mozognia". És igaza volt. A legfontosabb, hogy a kerékpár ne essen le, az a mozgás, mert ha nyugalmi állapotban van, leesik, de ha mozgást adunk hozzá, akkor függőleges marad, és ha ezt a mozgást állandó sebességgel tartjuk (mozgási energia), az garantálja a zökkenőmentes menetet, kormány nélkül is.

Giroszkópos hatás

De hagyjuk, hogy a giroszkópos akció elmagyarázza, hogy a kerékpár hogyan marad egyenesen, ehhez tudomásul kell venni, hogy a fizikának két fogalma létezik, amelyek kölcsönhatásba lépnek: nagyság és irány. Nagyság alatt a kerekek forgó mozgása által generált erőt értjük. Amikor elindulnak a gravitációs erő elleni harc megnyerése érdekében, mi elesünk anélkül, hogy leesnénk. Minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a szögimpulzus. Ennélfogva gyorsulásnál könnyebb fenntartani az egyensúlyt, mint lassuláskor.

Hogy kicsit jobban megértsük, végezzünk egy kísérletet. Távolítson el egy kereket - az elöl lévő könnyebb és valószínűleg tisztább -, és a tengelyt fogva fordítsa el. Most próbálja meg a tengelyt mozgatva forgatni a kereket. Látni fogja, hogy ellenáll. Most még forogva a kerék, tegye az egyik ujját a tengely egyik oldala alá, és engedje el a másik oldalát. Varázslatosan ott marad, mintha valaki láthatatlan tartaná a másik oldalt.

Mitől megyek egyenesen?

Kerékpáron a kormánytengely megy le a villáról vagy villáról. Ha elképzel egy vonalat, amely a villa végéig folytatódik, akkor az valójában a talajt érinti ott, ahol a gumiabroncs érinti a talajt. Vagyis a kormánytengely az érintkezési pont előtt van. A két pont közötti távolságot "útnak" nevezzük. ->

Minél hosszabb a „nyom”, a kerékpár stabilabb lesz, de minél rövidebb, annál kevésbé stabil és annál nehezebb vezetni. Ez az oka annak, hogy az egykerekű motorozás nehezebb, mint a kerékpározás. Nos, egykerekű kerékpáron - amellett, hogy csak támasztópontja van - a kormánytengelye éppen a motoros alatt van, és nem a kerék előtt, mint a kerékpárnál történik.

Az önmagát hajtó bicikli rejtélye

A kerékpárunkkal járó mérnöki és fizikai rejtvény középpontjában azonban van valami, amit mindannyian megfigyeltünk. Ha megnyomja a kerékpárt, akkor kiegyensúlyozódik, automatikusan kormányozva korrigálja az esetleges ingadozásokat, amíg lassul és végül oldalra esik. Bár a kerekek közötti "út" meghatározza a kerékpár könnyű kezelhetőségét, és a giroszkópos hatás elősegíti a stabilitást, egyikük sem felelős a kerékpár önkiegyensúlyozó hatásáért, ez még a tudomány előtt is rejtély, de az elméletek még mindig érvényesek. javaslatokat, amelyek megadják a választ.

Annak érdekében, hogy megértse, miről beszélek, megnézheti ezt a videót: Minute Physics.

Kitartás

És erre a válaszra keresve egy másik koncepcióval állunk elő: a kerekeink mozgásának ellenállása.

A kerék ellenállása óriási mértékben változhat attól függően, hogy milyen felületen halad. A kanyargós utat sokkal nehezebb tekerni, mint a sima utat. De a futófelülettel szembeni ellenállás nagy része attól is függ, hogy milyen gumiabroncsot használunk.

A legtöbb országúti és városi kerékpár vékonyabb, míg a hegyi kerékpárok nagy, kövér gumikkal rendelkeznek. Minden típusú gumiabroncsot azokra a felületekre terveztek, amelyeken keringenek.

A közúti gumiabroncsok 100 vagy akár 120 PSI-re (font/négyzet hüvelyk) vannak felfújva. Az aszfalt felületén lévő vékony, szilárd gumiabroncs nem sokat lapít. Minél kevésbé lapított az abroncs alul, annál kisebb a felület, amely érintkezik az úttal. A kevesebb érintkezés ebben az esetben kevesebb súrlódást és nagyobb sebességet eredményez, mert kevesebb az ellenállás a futófelület felületén - ezért olyan fontos, hogy a gumiabroncsokat megfelelően felfújva tartsuk.-.

A széles, vastag hegyikerékpár gumik jobban ellaposodnak egy kemény aszfaltfelületen. Egy földúton azonban egy hegyikerékpár gumiabroncs "úszik" a durva felületen. Ezzel szemben egy vékonyabb országúti gumiabroncs mélyen behatol a szennyeződésbe, és arra kényszeríti a lovast, hogy erősebben pedálozzon, hogy kijusson a keletkező horonyból.

Energiavesztés

Könnyű megérteni, hogy a gumiabroncs fordulása közben "ellapul" az alján. De meglepő, hogy az acélvasúton lévő, acélból készült vonatkerekek ugyanezt a hatást érik el.

A kerék ideiglenes lelapulása, valamint az érintkezési felület süllyedése az úgynevezett „gördülési ellenállás”. Ezt a kifejezést arra használják, hogy leírják, mennyi energia veszik el a pedálozás során, amikor egy kerék előre mozog. A puha talajon haladó alacsony nyomású gumiabroncsok általában nagyobb gördülési ellenállással rendelkeznek. Ez az egyik fő oka annak, hogy az országúti verseny gyorsabb sportág, mint a hegyi kerékpározás.

De hogyan tudják biztosítani, hogy a kerék ne deformálódjon a normálist meghaladó mértékben? És itt a kerékpár küllői játszanak alapvető szerepet.

Sokféleképpen beszélhetünk a kerékpár pontozásáról. A legtöbb kerékpár érintőleges küllővel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy a küllők nem a talajtól a peremig csatlakoznak egyenes vonalban, hanem szögben. Sokféle tangenciális sugárminta létezik. És bár alkalmanként a kerékpárok teljesen radiális küllőkkel rendelkeznek. A tangenciális pontozás segít hatékonyabban továbbítani a tömeg nyomatékát (erejét) a kerekekre, mintha egy kar lenne.

A sugárirányú küllős kerék nem csak kevésbé hatékony, mint az érintőlegesen barázdált kerék, hanem lényegesen gyengébb is. A kerékpárnak képesnek kell lennie a különféle erők kezelésére. A kerék súlyának megtartása mellett a keréknek ellen kell állnia a pedálozás és a fékezés erőinek, valamint az útfelület rázós hatásainak.

Tömörítés nélküli feszültség

Könnyű úgy tekinteni a küllőkre, mint oszlopokra, amelyek megtámasztják a kereket és segítenek megtartani a formáját. De a kerék által kapott „támaszt” úgy hozzák létre, hogy a küllőket a kerék közepe felé húzzák (feszültség), ahelyett, hogy középről tolnának (összenyomás).

Ha volt alkalma tartani egy nem rögzített gerendát, akkor valószínűleg rájött, mennyire gyenge. Túl nagy erőfeszítés nélkül félbe hajthatja az egyiket. Ha azonban megpróbálta leválasztani a szerelteket, akkor nem sikerült. A küllők "húzása" a tömeg közepe felé ad erőt a kerékpár kerekének.

Mi az a downhill bicikli?

Tehát mennyire erősek a kerékpár kerekei? Anyagától és futófelületétől függően a kerekek rendszeresen képesek megtartani a saját tömegük körülbelül 400-szorosát, és csak akkor omlanak össze, ha a súlyuk hozzávetőlegesen 700-szor nagyobbak lesznek, így az eddigi legerősebb szerkezetek közé tartoznak.

Sebességek és sebességfokozatok - arány

A hajtáslánc fejlesztése elősegítette a ma ismert kerékpár megvalósítását. A lánchajtás miatt nem volt szükség arra, hogy a motoros közvetlenül a keréken legyen. Ehelyett a versenyző a jobb egyensúly érdekében a két kerék közé helyezheti magát. A sebességfokozatok megjelenésével a versenyző is hatékonyabban járhatott.

Egyláncos hajtás (nincs sebességváltás vagy sebességváltás: fogaskerék) hatékony sík felületeken és lefelé. Ha azonban az ellenszélről, a dombok mászásáról van szó, a versenyzőnek a pedálokra kell állnia és meg kell fejtenie magát, miközben nagyon alacsony sebességgel jár. A fogaskerekek, vagy a sebességváltók lehetővé teszik a motoros számára, hogy kényelmes és hatékony sebességgel haladjon felfelé vagy ellenszélben.

A korai High Wheel kerékpárban a pedálokat közvetlenül a kerékhez erősítették. A pedálok egyik fordulata megegyezett a kerék egy menetével. A fogaskerekek vagy fogaskerekek lehetővé teszik a motoros számára, hogy megváltoztassa ezt az arányt. A meredek domboknál olyan fokozatot választunk, amely lehetővé teszi számunkra, hogy sokszor elforgassuk a pedálokat, hogy csak egyszer fordítsuk el a kereket; síkban vagy lefelé választhatunk olyan fokozatot, amely sokszor elfordítja a kereket a pedálok minden fordulatához.

Ez azt jelenti például, hogy minden alkalommal, amikor kanyarodik, a lánc egy csillag 54 foga és a hátsó lánckerék 27 foga körül forog, ami a kerékpár kerekét kétszer megfordítja. 2: 1 arány biztosítása. Ha a hátsó fogaskeréknek 11 foga lenne, az arány közelebb lenne az 5: 1-hez és így tovább.

Stressz a dobozban

A kerékpárunkkal kölcsönhatásba lépő fizikai fogalmak egyike a stressz. A kerékpárkereteket különféle terhelések kezelésére kell megépíteni. Először is, a váznak meg kell támasztania önmagát és a kerékpár egyéb elemeit. Ezeket "statikus töltéseknek" tekintik. Ezenkívül a váznak képesnek kell lennie arra, hogy kezelje a motoros súlyát, a pedálos és fékező erőket, valamint az útburkolat hatásait. Ezek "dinamikus terhelések"; ezek a legproblémásabbak a vázépítők számára, mivel - amint a neve is mutatja - mozognak és intenzitása változik

Amikor a kerékpárgyártó anyagot választ a kerékpár vázának elkészítéséhez, általában a következő anyagtulajdonságokat veszik figyelembe:

  • Rugalmasság: Amikor egy tárgy hajlításra vagy nyújtásra reagál az eredeti alakjának visszatérésével, akkor azt mondják, hogy magas a rugalmassága. Hajlító, majd hajlított alakját megtartó anyag rugalmassága nagyon csekély.
  • Hozamszilárdság: Ez az erőmennyiség szükséges ahhoz, hogy az anyagot olyan pontra hajlítsák, ahol az nem tud visszatérni eredeti alakjához.
  • Végső erő - Ez az anyag mennyiségének megszakításához szükséges erő. Ezen a ponton szakad el egy kerékpár váz, általában veszélyes következményekkel jár a versenyző számára.

Anyagok és tervezés

Acélból készült kerékpáron a csövek keskenyebbek lesznek, mert az acélnak jó „végső ereje” van, jóval kisebb „hozama van”. Ez jó, mivel azt jelenti, hogy az acél váz jól hajlik, mielőtt eltörne.

Ezzel szemben az alumínium használata könnyebb súlya miatt a keretek választott anyagává vált. Az alumínium azonban ellenáll a "hozamnak", amely nagyon közel áll a "maximális szilárdsághoz". Más szavakkal, nagyon törékeny és hajlamos a törésre. Tehát a vázkészítők válaszként alumínium kerékpárok építésével válaszoltak, szélesebb csövekkel és vastagabb hegesztési varratokkal, ezzel csökkentve a „feszültséget” és a keret törésének lehetőségét.

Más anyagok, mint például a szénszál és a titán, olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint: könnyű súly, nagy rugalmasság, magas "végső szilárdság", viszonylag alacsony "teljesítmény" szilárdság. Ez azt jelenti, hogy az ezekből az anyagokból készült kereteket jól meg kell tervezni, hogy elég merevek legyenek ahhoz, hogy ellenálljanak a pedálos erőknek.

Míg a gyémánt kialakítás a legtöbb ma gyártott kerékpár tétele, egyes vázépítők ennek a klasszikus kialakításnak az új variációival kísérleteznek. Például néhány szénszálas keret ovális csövekkel készül, ami aerodinamikussá teszi a kerékpárt. Az új, teljes felfüggesztésű kerékpárok módosították a gyémánt kivitelét, hogy nagy ütést biztosítsanak az ülésoszlopra (csőre). A legtöbb változtatás azonban finomabb, és a teljesítmény maximalizálásához kapcsolódik a különböző tereptípusokhoz vagy felhasználásokhoz.

A kerékpárok tele vannak boldogsággal, egészséggel és hatékonysággal, de emellett hajtóművek, karok, csapágyak, erők, ellensúlyok, lendület, tehetetlenség, forgócsapok, súrlódás, tolóerő, giroszkóp és sok más remek dolog.