მოძრაობისას ველოსიპედზე მოქმედი ძალები. ველოსიპედი არ ეცემა ცენტრიდანული ძალის გამო. გამოყოფილი ბილიკები ველოსიპედისტებისთვის

ორბორბლის ჩამოვარდნის თავიდან ასაცილებლად, საჭიროა მუდმივად შეინარჩუნოთ წონასწორობა. ვინაიდან ველოსიპედის საყრდენი არე ძალიან მცირეა (ორბორბლიანი ველოსიპედის შემთხვევაში, ეს არის მხოლოდ სწორი ხაზი, რომელიც გავლებულია ორ წერტილში, სადაც ბორბლები ეხება მიწას), ასეთი ველოსიპედი შეიძლება იყოს მხოლოდ დინამიურ წონასწორობაში. ეს მიიღწევა საჭის საშუალებით: თუ ველოსიპედი იხრება, ველოსიპედისტი საჭეს იხრება იმავე მიმართულებით. შედეგად, ველოსიპედი იწყებს ბრუნვას და ცენტრიდანული ძალა აბრუნებს ველოსიპედს ვერტიკალურ მდგომარეობაში. ეს პროცესი ხდება განუწყვეტლივ, ამიტომ ორბორბლიან მანქანას არ შეუძლია მკაცრად სწორი ტარება; თუ სახელურები დამაგრებულია, ველოსიპედი აუცილებლად დაეცემა. რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით მეტია ცენტრიდანული ძალა და მით უფრო ნაკლებია საჭირო საჭის გადახრა წონასწორობის შესანარჩუნებლად.

მობრუნებისას საჭიროა ველოსიპედის დახრილობა მობრუნების მიმართულებით ისე, რომ სიმძიმის და ცენტრიდანული ძალის ჯამი გაიაროს დამხმარე ხაზში. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ცენტრიდანული ძალა ველოსიპედს საპირისპირო მიმართულებით გადააქცევს. როგორც სწორი ხაზით გადაადგილებისას, შეუძლებელია ასეთი დახრილობის იდეალურად შენარჩუნება და საჭის მართვა ხორციელდება იმავე გზით, მხოლოდ დინამიური წონასწორობის პოზიცია იცვლება წარმოქმნილი ცენტრიდანული ძალის გათვალისწინებით. ველოსიპედის საჭის დიზაინი აადვილებს წონასწორობის შენარჩუნებას. საჭის ბრუნვის ღერძი არ არის ვერტიკალური, არამედ დახრილი უკან. ის ასევე ვრცელდება წინა ბორბლის ბრუნვის ღერძის ქვემოთ და იმ წერტილის წინ, სადაც ბორბალი ეხება მიწას.

ეს დიზაინი აღწევს ორ მიზანს:

თუ წინა ბორბალი შემთხვევით გადახრის ნეიტრალურ პოზიციას, წარმოიქმნება ხახუნის მომენტი საჭის ღერძთან მიმართებაში, რაც ბორბალს უბრუნებს ნეიტრალურ პოზიციას.

თუ ველოსიპედს გადახრით, წარმოიქმნება ძალის მომენტი, რომელიც აბრუნებს წინა ბორბალს დახრის მიმართულებით. ეს მომენტი გამოწვეულია მიწის რეაქციის ძალით. იგი გამოიყენება იმ წერტილში, სადაც ბორბალი ეხება მიწას და მიმართულია ზემოთ. იმის გამო, რომ საჭის ღერძი არ გადის ამ წერტილში, როდესაც ველოსიპედი დახრილია, მიწის რეაქციის ძალა გადადის საჭის ღერძთან შედარებით.

ამრიგად, ხორციელდება ავტომატური საჭე, რაც ხელს უწყობს ბალანსის შენარჩუნებას. თუ ველოსიპედი შემთხვევით იხრება, წინა ბორბალი ბრუნავს იმავე მიმართულებით, ველოსიპედი იწყებს ტრიალს, ცენტრიდანული ძალა აბრუნებს მას ვერტიკალურ მდგომარეობაში და ხახუნის ძალა აბრუნებს წინა ბორბალს ნეიტრალურ მდგომარეობაში. ამის წყალობით, თქვენ შეგიძლიათ ველოსიპედით ტარება "ხელის გარეშე". ველოსიპედი წონასწორობას დამოუკიდებლად ინარჩუნებს. სიმძიმის ცენტრის გვერდზე გადაწევით, შეგიძლიათ შეინარჩუნოთ ველოსიპედის მუდმივი დახრილობა და მოტრიალება.

შეიძლება აღინიშნოს, რომ ველოსიპედის უნარი დამოუკიდებლად შეინარჩუნოს დინამიური წონასწორობა, დამოკიდებულია საჭის ჩანგლის დიზაინზე. განმსაზღვრელი ფაქტორია ბორბლის საყრდენის რეაქციის მკლავი, ანუ ბორბლის მიწასთან შეხების ადგილიდან ჩანგლის ბრუნვის ღერძამდე დაშვებული პერპენდიკულარულის სიგრძე; ან, რომელიც ექვივალენტურია, მაგრამ უფრო ადვილი გასაზომია, არის მანძილი ბორბლის შეხების წერტილიდან ჩანგლის ბრუნვის ღერძის მიწასთან გადაკვეთის წერტილამდე. ამრიგად, იგივე ბორბლისთვის მიღებული ბრუნვის სიჩქარე უფრო მაღალი იქნება, რაც უფრო დიდია ჩანგლის ბრუნვის ღერძის დახრილობა. თუმცა, ოპტიმალური დინამიური მახასიათებლების მისაღწევად, საჭიროა არა მაქსიმალური ბრუნი, არამედ მკაცრად განსაზღვრული: თუ ძალიან მცირე ბრუნი გამოიწვევს წონასწორობის შენარჩუნებას, მაშინ ძალიან დიდი გამოიწვევს რხევის არასტაბილურობას, კერძოდ, "შიმმიას". " (იხილეთ ქვემოთ). ამიტომ, ბორბლის ღერძის პოზიცია ჩანგლის ღერძთან შედარებით საგულდაგულოდ არის შერჩეული დიზაინის დროს; ბევრი ველოსიპედის ჩანგალი შექმნილია ბორბლის ღერძის წინ მოსახვევად ან უბრალოდ გადასაადგილებლად, რათა შემცირდეს ჭარბი კომპენსირებადი ბრუნვა.

გავრცელებული მოსაზრება მბრუნავი ბორბლების გიროსკოპული მომენტის მნიშვნელოვანი გავლენის შესახებ წონასწორობის შენარჩუნებაზე არასწორია. მაღალი სიჩქარის დროს (დაახლოებით 30 კმ/სთ-დან დაწყებული), წინა ბორბალს შესაძლოა განიცადოს ე.წ. სიჩქარის რყევები, ან „შიმი“ არის ფენომენი, რომელიც კარგად არის ცნობილი ავიაციაში. ამ ფენომენით, ბორბალი სპონტანურად ირხევა მარჯვნივ და მარცხნივ. მაღალსიჩქარიანი გადახვევები ყველაზე საშიშია „ხელის გარეშე“ ტარებისას (ანუ როცა ველოსიპედისტი საჭეს არ უჭერს). მაღალსიჩქარიანი რხევების მიზეზი არ არის ცუდი აწყობა ან წინა ბორბლის სუსტი დამაგრება, ისინი გამოწვეულია რეზონანსით. სიჩქარის რყევების შეჩერება ადვილია თქვენი პოზის შენელებით ან შეცვლით, მაგრამ თუ ასე არ მოხდა, ეს შეიძლება იყოს სასიკვდილო.

ველოსიპედით სიარული უფრო ეფექტურია (ენერგიის მოხმარების კუთხით კილომეტრზე), ვიდრე ფეხით სიარული და ავტომობილის მართვა. ველოსიპედით 30 კმ/სთ სიჩქარით წვავს 15 კკალ/კმ (კილოკალორია კილომეტრზე), ან 450 კკალ/სთ (კილოკალორია საათში). 5 კმ/სთ სიჩქარით სიარულისას იწვება 60 კკალ/კმ ან 300 კკალ/სთ, ანუ ველოსიპედით სიარული ოთხჯერ უფრო ეფექტურია ვიდრე სიარული ენერგიის დახარჯვის კუთხით ერთეულ მანძილზე. იმის გამო, რომ ველოსიპედი საათში მეტ კალორიას წვავს, ის ასევე უკეთესი ვარჯიშია. (სირბილისას კალორიების ხარჯვა საათში კიდევ უფრო მაღალია, მაგრამ ვიბრაცია აზიანებს მუხლებსა და ტერფის სახსრებს). გაწვრთნილ კაცს, რომელიც არ არის პროფესიონალი სპორტსმენი, შეუძლია დიდი ხნის განმავლობაში განავითაროს 250 ვატი, ანუ 1/3 ცხ.ძ. ეს შეესაბამება ბრტყელ გზაზე 30-50 კმ/სთ სიჩქარეს. ქალს შეუძლია გამოიმუშაოს ნაკლები ძალა, მაგრამ მეტი ძალა წონის ერთეულზე. ვინაიდან ბრტყელ გზაზე თითქმის მთელი ძალა იხარჯება ჰაერის წინააღმდეგობის გადალახვაზე, ხოლო აღმართზე მგზავრობისას ძირითადი ხარჯები გრავიტაციის გადალახვაზეა, ქალები, ყველა სხვა თანაბარ პირობებში, უფრო ნელა მოძრაობენ დონის ადგილზე და უფრო სწრაფად აღმართზე.

აქტიური დასვენების ერთ-ერთი ყველაზე საყვარელი სახეობაა ველოსიპედი. გარდა იმისა, რომ ველოსიპედი საშუალებას გაძლევთ გააძლიეროთ და განავითაროთ სხვადასხვა კუნთები (ფეხების, მკლავების, ზურგისა და მუცლის კუნთები), ის ასევე არის საშუალება ნახოთ ადგილობრივი ღირსშესანიშნაობები ან უბრალოდ გაახალისოთ საკუთარი თავი მთელ ოჯახთან ერთად ტარებით. ან მეგობრებთან ერთად. თუმცა, ველოსიპედის არასწორად ტარებამ შეიძლება გამოიწვიოს სისხლჩაქცევები და აბრაზიები. მითუმეტეს მოხვევისას მაღალი სიჩქარით მართვისას. შევეცადოთ გაერკვნენ, რა უნდა გააკეთოთ ველოსიპედის ტარებისას მოხვევებზე უსაფრთხოდ გადაადგილებისთვის.

როდესაც ველოსიპედის პედლები ბრუნავს, ველოსიპედისტის ძალა გადადის ბორბლებზე, ამიტომ ისინი იწყებენ ბრუნვას. ველოსიპედის საბურავები ურთიერთქმედებს გზის ზედაპირზე. ამ ურთიერთქმედების ძალებია დამხმარე რეაქციის ძალა და ხახუნის ძალა, სწორედ ეს უკანასკნელი იწვევს ველოსიპედის მოძრაობას და ასევე იცავს ველოსიპედს მოტრიალების დროს. რაც უფრო დიდია ხახუნის ძალა ველოსიპედის საბურავებსა და გზის ზედაპირს შორის, მით უფრო თავდაჯერებული და საიმედო იქნება მგზავრობა, განსაკუთრებით მოსახვევებში. მაქსიმალური ხახუნის ძალა არის მოცურების ხახუნის ძალა, რომელიც განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც არის ხახუნის კოეფიციენტი და N არის დამხმარე რეაქციის ძალა, რომელიც მიმართულია ვერტიკალურად ზემოთ.

შემობრუნებისას ველოსიპედი მოძრაობს რკალზე, რომელსაც აქვს გარკვეული რადიუსი R (იხ. ზედა ხედი). ამ შემთხვევაში, ველოსიპედის სიჩქარე მიმართულია ტრაექტორიაზე ტანგენციალურად, ხოლო ცენტრიდანული აჩქარება და ხახუნის ძალა, რომელიც აკავებს ველოსიპედისტს, მიმართულია რკალის ცენტრისკენ. ნიუტონის მეორე კანონის მიხედვით:

იმის გათვალისწინებით, რომ მიზიდულობის ძალა მიმართულია ვერტიკალურად ქვემოთ და ცენტრიდანული აჩქარება ტოლია,

ჩვენ ვხვდებით, რომ მინიმალური შესაძლო რკალის რადიუსი გამოითვლება ფორმულით:

რეზინის ხახუნის კოეფიციენტი მშრალ ასფალტზე 0,5-დან 0,8-მდეა, ხოლო სველი ასფალტისთვის 0,25-დან 0,5-მდე. მაშასადამე, 15 კმ/სთ სიჩქარით მოძრაობისას (დაახლოებით 4,2 მ/წმ), უსაფრთხო იქნება R = 4,2 2 / (0,5 9,8) = 3,6 მ (მშრალი ასფალტი) და R= რადიუსის რკალის გასწვრივ გადახვევა. 4.2 2 / (0.25 9.8) = 7.2 მ (სველი ასფალტი).

გასათვალისწინებელია ისიც, რომ მობრუნებისას წონასწორობის შესანარჩუნებლად საჭიროა ველოსიპედი ოდნავ დახაროთ მოხვევის მიმართულებით.

შემოთავაზებული მეთოდის გამოყენებით, ჩვენ გირჩევთ გამოთვალოთ:

1. უსაფრთხო შემობრუნების რკალის რადიუსი 24 კმ/სთ სიჩქარით მშრალ გრუნტულ გზაზე (ხახუნის კოეფიციენტი 0,4) და ყინულზე (ხახუნის კოეფიციენტი 0,15);
2. ველოსიპედის მიდრეკილების α კუთხე, რათა შეინარჩუნოს წონასწორობა იმავე სიჩქარით მობრუნებისას, იმის გათვალისწინებით, რომ ცენტრიდანული ძალა ვრცელდება ველოსიპედის მასის ცენტრზე.

ველოსიპედის სიჩქარე დამოკიდებულია პედლების სიმძლავრეზე, ველოსიპედის ტიპსა და კლასზე, გზის ზედაპირის მდგომარეობაზე, რელიეფზე და ქარზე. საინტერესო იქნებოდა იმის შეფასება, თუ რა პროპორციებით.

ჩემი დაკვირვებით, თუ გლუვ გზატკეცილზე კრუიზირების სიჩქარეა 30 კმ/სთ, მაშინ მეორად გზაზე ის 25-მდე ეცემა, ჯგუფში მართვისას შეიძლება 35-მდე გაიზარდოს, საპირისპირო ქარმა შეიძლება შეამციროს სიჩქარე 20 კმ/სთ-მდე. h და ეს აღიქმება რთულად. აღმართზე მოძრაობისას სიჩქარე მარტივად იკლებს, მაგალითად, 15 კმ/სთ-მდე და ეს ნორმალურად აღიქმება.
ინტერნეტში მიჩნეულია, რომ უკვე 25-30 კმ/სთ სიჩქარით ძირითადი ძალები იხარჯება საჰაერო წინააღმდეგობის წინააღმდეგ ბრძოლაზე და ზოგადად 30 კმ/სთ-ზე მეტი სიჩქარე განისაზღვრება არა იმდენად ფეხის სიძლიერით, რამდენადაც აეროდინამიკით. ეს მაწუხებს. ჩემი დაკვირვებით, აეროდინამიკა გაცილებით ძლიერად იგრძნობა საპირისპირო ქარში, როცა ქარს უწევს ბრძოლა. ამავდროულად, კუდის ქარი საერთოდ არ იგრძნობა, რადგან მოძრაობის სიჩქარე ჩვეულებრივ ქარის სიჩქარეზე მეტია. და სიჩქარე არ ხდება ძალიან მაღალი. იქნებ აეროდინამიკის მნიშვნელობა რამდენადმე გადაჭარბებულია? საბედნიეროდ, ველოსიპედის გადაადგილებისას ხარჯების განაწილების შეფასება არც ისე რთულია. ამის შემდეგ შეგიძლიათ შეადაროთ ეს მონაცემები დენის მრიცხველებით აღჭურვილი ველოსიპედების მომხმარებელთა გამოქვეყნებულ დაკვირვებებთან.

ძალა და წევა

დასაწყისისთვის საინტერესოა იმის გაგება, თუ რა რესურსები აქვს ველოსიპედისტს. დიდი ხნის განმავლობაში პედლინგის დროს მთავარი მახასიათებელია გამომავალი სიმძლავრე. ენერგიის მრიცხველების მფლობელების მიმოხილვით ვიმსჯელებთ, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ 200 ვატი შეიძლება დიდი ხნის განმავლობაში გამოვიდეს. ეს შეესაბამება 28,8 ნიუტონის მუდმივ წევის ძალას 25 კმ/სთ სიჩქარით. (25 კმ/სთ არის 6,94 მ/წმ, 200 / 6,94 = 28,8).

მეტი სიცხადისთვის მე შემდგომში წარმოგიდგენთ ძალას კილოგრამ-ძალის ერთეულებში. ერთი კილოგრამი ძალა (მინიშნებულია "კგ" მასისგან განსხვავებით - "კგ") არის სხეულის წონა 1 კგ მასით, ანუ ძალა, რომლითაც წონა, რომელზეც დაწერილია "1 კგ" იჭერს. სასწორი. ეს არის ის, რასთან გვაქვს საქმე ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ვიდრე თავად „სხეულის წონა“. 1 კგ = 9,81 ნიუტონი.

შესაბამისად, 25 კმ/სთ-ზე გამომუშავებული 200 ვატი სიმძლავრე მხოლოდ 2,9 კგ ძალაა, რომელიც გამოიყენება ველოსიპედზე. ეს უცნაურად გამოიყურება, რადგან თქვენ შეგიძლიათ მარტივად აწიოთ ბევრად უფრო დიდი ტვირთი. მაგრამ ეს არის განსხვავება ძალასა და მუშაობას შორის. ტვირთი არა მხოლოდ უნდა აწიოთ, არამედ უნდა აწიოთ და აწიოთ და სწრაფად. რა თქმა უნდა, მოკლე დროში შეგიძლიათ განავითაროთ მეტი ძალა და მეტი ძალა, მაგრამ დიდი ხნის განმავლობაში შედეგები დაახლოებით იგივეა. სხვათა შორის, ცხენის ძალა 1 ცხ.ძ. = 736 ვატი, მხოლოდ 3,5-ჯერ აღემატება საშუალო ველოსიპედისტს.

როდესაც მანქანა სტაბილურ მოძრაობაშია, წევის ძალა (F) განისაზღვრება სამი ფაქტორით: მოძრავი ხახუნის (R), ბორცვის (T) (გამოიხატება როგორც წონის მატება, რომელიც უნდა აიწიოს აღმართზე) და ჰაერის წინააღმდეგობა (Q) .

ხახუნის ძალა დამოკიდებულია კოეფიციენტზე. ხახუნის (k) და წონის კომპონენტი (P) ზედაპირზე პერპენდიკულარული. ანუ რაც უფრო დიდია წონა, რაც უფრო უარესია გზა, რაც უფრო ცუდია საბურავები, მით მეტია წინააღმდეგობა ხახუნის გამო.

სლაიდი ამატებს გამწევ ძალას (T), დამოკიდებულია წონაზე (P) და კუთხეზე (ალფა), მაგრამ ოდნავ ამცირებს წნევას ზედაპირზე, ანუ ხახუნის ძალას.

დაბოლოს, წევის ძალა (Q) პროპორციულია კვეთის ფართობის (S), წევის კოეფიციენტის (Cx) და სიჩქარის კვადრატის (v), მულტიპლიკატორი (po) არის ჰაერის სიმკვრივე.

გორკი

სამი ტერმინიდან სრული სიცხადე არის მხოლოდ მოძრაობა აღმართზე ან დაღმართზე. წონა (ველოსიპედისტი + აღჭურვილი ველოსიპედი) ცნობილია, ისევე როგორც დახრილობის კუთხის ტანგენსი.

ტანგენსი მონიშნულია საგზაო ნიშანზე, რადგან ეს არის სიმაღლის მოპოვებული პროცენტი ჰორიზონტალური პროექციაგზის სიგრძე. ანუ ეს არის გზის სიგრძე რუკაზე. გზებისთვის დამახასიათებელი „პროცენტებით“, ეს პრაქტიკულად იგივეა, რაც „სინუსი“ - სიმაღლეში მატება გზის სიგრძე, მაგრამ უნდა გახსოვდეთ, რომ 100%-იანი დახრილობა შეესაბამება 45 გრადუსიან კუთხეს და არა 90. ზოგადად, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ 10%-იანი დახრილობა ნიშნავს 1 მეტრ ასვლას ბილიკზე 10 მეტრზე.

ძალა, რომელიც გამუდმებით უკან იხევს ასვლისას არის პროცენტი, რომელიც მითითებულია ასასვლელი წონის საგზაო ნიშანზე (ველოსიპედისტი + ველოსიპედი). მაგალითად, 90 კგ წონით, 10%-იანი დახრილობით აღმართზე ასვლისას ველოსიპედი 9 კგ-ის ძალით უკან დაიხევს. ვინაიდან ჩვენ გვჯერა, რომ ველოსიპედისტს აქვს 200 ვატი სიმძლავრე, ან როგორც ზემოთ ავღნიშნეთ, 2.9 კგ წევის ძალა 25 კმ/სთ სიჩქარით, ცხადია, რომ მას არ შეუძლია ამ სიჩქარით ტარება, ვინაიდან 2.9 კგ. წინ გაწევა არის 9 კგ-ზე ნაკლები უკან დახევა. მაგრამ სიჩქარის კლებასთან ერთად იზრდება „წევის ძალა“. თუ უგულებელვყოფთ ხახუნისა და ჰაერის წინააღმდეგობის გამო დანაკარგებს, მაშინ შეგვიძლია ვიაროთ W/F სიჩქარით (ხელმისაწვდომი სიმძლავრე იყოფა უკან დახევის ძალაზე), ანუ 8 კმ/სთ. (200 / 9 / 9.81 * 3.6) . სიმართლეს ჰგავს :)

კარგი ამბავია. 10%-იანი დახრილობით დაღმართზე სიარულისას ეს იძლევა (ზემოთ განხილული ველოსიპედისტი) 9 კგ წევის ძალას, რაც სამჯერ მეტია, ვიდრე პედლები. ამიტომ, ზოგადად, პედალების მობრუნებას განსაკუთრებული აზრი არ აქვს. უმჯობესია დაზოგოთ თქვენი ძალა.

ხახუნი

პირველი წევრი R შეიცავს უცნობ ხახუნის კოეფიციენტს. უფრო ზუსტად, მოძრავი ხახუნის კოეფიციენტი (k = k’*r, სადაც r არის ბორბლის რადიუსი). ეს დამოკიდებულია საბურავის „მოძრავადობაზე“ და გზის ხარისხზე. რა თქმა უნდა, ის შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს და მონაცემების პოვნა რთულია. დასაწყისისთვის, შეგიძლიათ აიღოთ k = 0,004 გზის ბორბალზე ასფალტზე, თუმცა არის მონაცემები 10-ჯერ ნაკლები და 4-ჯერ მეტი. თუ შეადარებთ ძალებს აღმართზე მოძრაობისას, მაშინ ეს ხახუნის კოეფიციენტი იგრძნობა აღმართზე 0.4% დახრილობით ასვლას, ანუ პრაქტიკულად არაფერი :) კილოგრამ-ძალაში ეს არის 0.36 კგ. შესაბამისი ჰიპოთეტური სიჩქარე (სრიალის გარეშე და ჰაერის წინააღმდეგობის გარეშე, მაგალითად სავარჯიშო ველოსიპედზე) 200 ვატზე = 204 კმ/სთ. როგორც ჩანს, სიმართლე არ არის :), როგორც წესი, მაშინვე შეგიძლიათ იგრძნოთ ველოსიპედი ტრიალებს თუ არა. ან ეს ველოსიპედი/საბურავები/საბურავის წნევა/ასფალტი და ა.შ. ის უკეთესად ტრიალებს, მაგრამ ის იქ უარესად ტრიალებს. გამოთვლებით თუ ვიმსჯელებთ, 200 კმ/სთ-ზე მნიშვნელოვნად ნაკლები სიჩქარით არ უნდა იყოს ასეთი შეგრძნებები; ყველა ველოსიპედი ერთნაირად უნდა ჩანდეს.

ქარიშხალი

"აეროდინამიკური" ტერმინი შეიცავს ორ პარამეტრს, რომლებიც გავლენას ახდენენ წევაზე. პირველი არის "ფრონტალური" ტერიტორია (S).

ამ პარამეტრის გაზომვა შესაძლებელია მსგავსი ფოტოების გამოყენებით. ამას მოგვიანებით გავაკეთებ, როდესაც შევადარებ გამოთვლებს ექსპერიმენტულ მონაცემებთან. ამ დროისთვის შეგვიძლია ვივარაუდოთ S = 0,5 მ2. მეორე პარამეტრი Cx არის ყველაზე იდუმალი. ეს არის აეროდინამიკური წევის კოეფიციენტი ან კოეფიციენტი. შემოვა გარშემო

ეს კოეფიციენტი დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენად გლუვია ზედაპირი და რამდენად სრულყოფილია აეროდინამიკური ფორმა. შესაფასებლად, შეგიძლიათ აიღოთ Cx = 0.5

25 კმ/სთ სიჩქარისთვის აეროდინამიკური წევის ძალა უდრის 0,75 კგ-ს, ანუ მიიღებს მხოლოდ 51 ვატს ხელმისაწვდომი 200 ვატიდან. ხოლო თუ აეროდინამიკური წინააღმდეგობისთვის გამოიყენებთ ყველა 200 ვატს, მაშინ გამოთვლილი სიჩქარე იქნება 39 კმ/სთ, ხოლო აერო დამუხრუჭების ძალა 1,9 კგ. ჯერ კომენტარის გაკეთება რთულია. 25 კმ/სთ სიჩქარით აეროდინამიკური წინააღმდეგობა ნამდვილად არ იგრძნობა და ჩემს შემთხვევაში 39 კმ/სთ მიიღწევა გორაკზე დაშვებისას და გორაკს შეუძლია უზარმაზარი პლიუსი მისცეს პედლების სიმძლავრეს.

ზოგადად, ზემოთ ჩამოთვლილი პარამეტრებისთვის (ველოსიპედის წონა + ველოსიპედი = 90 კგ, ასფალტი) პატარა გორაზე ასასვლელად, რომელიც შეიძლება არ იგრძნოს გორაზე = 1% (ეს არის 1 მეტრი ვარდნა ბილიკზე 100 მეტრზე), ხელმისაწვდომი 200 ვატი მისცემს სიჩქარეს 30,7 კმ/სთ ხარჯების განაწილება: ხახუნი 15% (0,36 კგ), ბორცვი 38% (0,9 კგ), აეროდინამიკა 47% (1,14 კგ). ხოლო იმავე ბორცვზე გადაადგილებისას, სიჩქარე გაიზრდება 43 კმ/სთ-მდე, გორაკიდან მიღებული „დაძაბვა“ = 0.9 კგ შესაძლებელს გახდის ჰაერის წინააღმდეგობის გამო გაზრდილი დანაკარგების ანაზღაურებას = 2.2 კგ.

ნომრების „შეხება“ შესაძლებელია გამოყენებით.

ამრიგად, პირველი დასკვნები დაახლოებით ასეთია:

1. უფრო სწორია აეროდინამიკური წინააღმდეგობის შედარება აღმართთან (დაღმართზე) მართვასთან, ვიდრე ხახუნის გადალახვასთან, რადგან ბორცვი შეადარებს "აეროს" თუნდაც სრულიად შეუმჩნეველ ფერდობებს.
2. ველოსიპედის „მოძრავადობა“ ექსპერიმენტულად უნდა განიხილებოდეს. სავსებით შესაძლებელია, რომ კოეფიციენტი ხახუნები ქსელში მნიშვნელოვნად არ არის შეფასებული.

ინტერნეტში არის მშვენიერი ექსპერიმენტი, რომ მივაღწიოთ სიჩქარის სხვადასხვა სიმძლავრეს პედლებზე. იქიდან შეგიძლიათ აიღოთ მონაცემები, რათა დაზუსტდეს შენატანების განაწილება „მობრუნება“ და აეროდინამიკიდან. ეს გაკეთდება შენიშვნაში.

მე აღვნიშნავ, რომ სტაბილური მოძრაობა განიხილებოდა ზემოთ. ეს ნიშნავს, რომ მოძრაობის ინერცია, რომელიც ძალიან შესამჩნევია სრიალის დროს, საერთოდ არ იყო გათვალისწინებული. მაგალითად, გორაკზე აჩქარებისას, განსაკუთრებით ფსკერზე „მოტრიალებით“, შეგიძლიათ მარტივად აფრინდეთ მცირე აწევაში. მაგრამ თუ ასვლა დიდია, მაშინ საბოლოოდ დაიხარჯება წინა დაღმართიდან დაგროვილი ინერცია. სწორედ მაშინ იწყებს ზემოაღნიშნული ფორმულების მოქმედებას. ინერციის წვლილი ცოტათი იყო განხილული ჩანაწერში.

ძალების მომენტები, როდესაც ველოსიპედი მოძრაობს.

ორბორბლიანი ველოსიპედი მოძრაობისას არ ეცემა, რადგან მასზე მოძრავი მუდმივად ინარჩუნებს წონასწორობას. ველოსიპედის საყრდენი ფართობი მცირეა - ეს არის სწორი ხაზი, რომელიც გაყვანილია ველოსიპედის ბორბლების მიწასთან შეხების წერტილებით. ამიტომ ველოსიპედი დინამიურ წონასწორობაშია. ეს მიიღწევა საჭის დახმარებით: ველოსიპედის დახრისას ადამიანი საჭეს იმავე მიმართულებით ატრიალებს. ამის შემდეგ ველოსიპედი ბრუნავს, ხოლო ცენტრიდანული ძალა უბრუნებს ველოსიპედს თავდაპირველ ვერტიკალურ მდგომარეობაში. ბალანსის შესანარჩუნებლად საჭის პროცესი მუდმივად მიმდინარეობს, ამიტომ ველოსიპედის მოძრაობა არ არის წრფივი. სახელურს თუ გაასწორებ, ველოსიპედი დაეცემა. არსებობს კავშირი სიჩქარესა და ცენტრიდანულ ძალას შორის. რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით მეტია ცენტრიდანული ძალა და, შესაბამისად, მით ნაკლებია საჭირო საჭის გადახრა წონასწორობის შესანარჩუნებლად.

შემობრუნებისთვის საჭიროა ველოსიპედის გვერდზე გადახრა ისე, რომ ცენტრიდანული ძალისა და სიმძიმის ჯამმა გაიაროს ბორბლის საყრდენი ხაზი. თუ ეს ასე არ არის, მაშინ ცენტრიდანული ძალა ველოსიპედს სხვა მიმართულებით გადააქცევს. ბალანსის შენარჩუნების გასაადვილებლად, ველოსიპედის საჭის დიზაინს აქვს საკუთარი მახასიათებლები. საჭის სვეტის ღერძი დახრილია უკან და არა ვერტიკალურად. ის გადის ბორბლის ბრუნვის ღერძის ქვემოთ და იმ წერტილის წინ, სადაც ველოსიპედის ბორბალი ეხება მიწას. ამ ტიპის დიზაინის წყალობით მიიღწევა შემდეგი მიზნები:

ველოსიპედის სტაბილურობა დამუხრუჭებისას.

ველოსიპედის ტარებისას დამუხრუჭებისას მთავარია წონასწორობის შენარჩუნება. დამუხრუჭება არანაკლებ მნიშვნელოვანია, ვიდრე თავად ტარება და, სავარაუდოდ, ყველაზე მნიშვნელოვანია, რადგან ველოსიპედისტის ჯანმრთელობა მასზეა დამოკიდებული. თუ იცით თეორია იმის შესახებ, თუ როგორ იქცევა ველოსიპედი დამუხრუჭების მომენტში, შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად შეამციროთ სისხლჩაქცევების და მუწუკების რაოდენობა (სამწუხაროდ, ამის გარეშე მაინც არ შეგიძლიათ).

რა არის დამუხრუჭება

განმარტებით ყველაფერი ნათელია. ენციკლოპედიებში ნათქვამია, რომ „დამუხრუჭება ნიშნავს მოძრაობის შენელებას მუხრუჭით“. მაგრამ მთელი საქმე ის არის, რომ ჩვეულებრივ ყველას არ აინტერესებს რა უნდა შეანელოს (თუმცა ეს უნდა აღინიშნოს) ჩვეულებრივ ყველას აინტერესებს როგორ შეანელოს მოძრაობა (დააჭირე ბერკეტს და ეს არის) და არა როგორ შეანელეთ იგი გარკვეულ კონკრეტულ სიტუაციაში გზაზე. შეგიძლიათ სცადოთ დაწეროთ ბევრი თეორიული რჩევა გზაზე ყველა შესაძლო სიტუაციისთვის, მაგრამ ყოველთვის არის გამონაკლისები წესებიდან და ადრე თუ გვიან ველოსიპედისტი აღმოჩნდება ისეთ სიტუაციაში, როდესაც არ არის საკმარისი რეკომენდაციები. ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ ველოსიპედის ტარებისას დამუხრუჭება ავტომატიზირებულად არის მიყვანილი, რადგან გადაუდებელ შემთხვევებში უბრალოდ დრო არ არის ვიფიქროთ იმაზე, თუ როგორ გავაკეთოთ ეს სწორად და გავიხსენოთ თეორია. ინტუიცია გეხმარებათ სწორი გადაწყვეტილების მიღებაში, მაგრამ ასევე უნდა იცოდეთ რამდენიმე თეორიული წესი, თუ როგორ იქცევა ველოსიპედი დამუხრუჭებისას.

ველოსიპედის როლი.

ველოსიპედის გადაადგილება დამოკიდებულია სხვადასხვა ფაქტორებზე: ჩარჩოს მახასიათებლებზე, ამორტიზატორები, ბორბლის დიამეტრი, საბურავები, წნევა კამერებში, ველოსიპედის საერთო წონა და მრავალი სხვა. გაშვება არ შეიძლება გაიზომოს ციფრებით. გამოცდილი ველოსიპედისტები ამას გრძნობენ და აფასებენ. მოყვარულთათვის განსხვავება განსაკუთრებით შესამჩნევია, თუ ისინი გაცვლიან, მაგალითად, იაფ ველოსიპედს უფრო ძვირიან და მაღალხარისხიანზე.

რა განსაზღვრავს ველოსიპედის როლს?

ჩარჩო. არსებობს გამოთქმა "მოძრავი ჩარჩო". მაგრამ ძალიან რთულია განსხვავების შეგრძნება "არამოძრავი" და "მოძრავი" ჩარჩოს შორის, რადგან აშკარად შესამჩნევი თვისებები დამახასიათებელია მხოლოდ ძალიან ძვირადღირებული მოდელებისთვის. ძვირადღირებული მასალებისგან დამზადებული ჩარჩოები შთანთქავს დარტყმებს და ვიბრაციას. ჩარჩოს გრძელი დიზაინი ეხმარება ველოსიპედისტს ველოსიპედზე უფრო აეროდინამიკური პოზიციის მიღწევაში, რაც დადებითად მოქმედებს მგზავრობაზე. მაგრამ, ჩვეულებრივ ველოსიპედზე, ჩარჩოზე დაფარვა არ არის დამოკიდებული ისე მნიშვნელოვნად, როგორც სხვა კომპონენტებზე.

ბორბლის ზომა. ერთ-ერთი მთავარი განმსაზღვრელი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ველოსიპედის გადახვევაზე. უფრო დიდი 28 ან 29 დიუმიანი ბორბლები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ვიდრე 26 დიუმიანი ბორბლები, ამიტომ მათთან ველოსიპედი უფრო მოძრავია. ახლა პოპულარულ 29-ებს 29 დიუმიანი ბორბლებით აქვთ ეს ხარისხი.

საბურავის სარბენი. გლუვი, ვიწრო რეზინი საუკეთესოა სარბენი რულონების გარეშე. ყველაზე უარესი არის ფართო აგრესიული საბურავი მაღალი სარბენი ნიმუშით.

ფიზიკური ძალები, რომლებიც მოქმედებს ველოსიპედის ტარებისას

ვინაიდან კლასიკურ ველოსიპედს ორი ბორბალი აქვს, იმისთვის, რომ ველოსიპედისტმა იაროს, მას მუდმივად სჭირდება წონასწორობის შენარჩუნება და მოძრაობის დროს წარმოქმნილი სხვადასხვა ძალების დაძლევა. მხოლოდ იმიტომ, რომ ველოსიპედის დიზაინი მარტივია, ეს არ ნიშნავს რომ ყველაფერი ასე მარტივია. ველოსიპედის ტარებისას მოქმედი ფიზიკური ძალები ემყარება მეცნიერების ფუნდამენტურ კანონებს. განვიხილოთ ძირითადი ძალები, რომლებიც მოქმედებს ველოსიპედის ტარებისას.

გარე ძალები.

1. გრავიტაცია (გრავიტაცია). გრავიტაცია ბუნების ოთხი ფუნდამენტური ფენომენიდან ერთ-ერთია. ახსნილია ნიუტონის კანონით. ძალა, რომლითაც ის მოქმედებს, პირდაპირპროპორციულია ველოსიპედისტის სხეულის წონისა. რაც უფრო დიდია ველოსიპედის წონა, მით უფრო ძლიერია მიზიდულობის ძალა. ის მოქმედებს ველოსიპედისტზე და ველოსიპედის კომპონენტებზე, პერპენდიკულარულად მიწაზე. მისი მოქმედების ძალა იზრდება ველოსიპედით აღმართზე ასვლისას და შესაბამისად მცირდება დაღმართისას.

2. ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა. ველოსიპედისტზე მოქმედი აეროდინამიკური ძალები ძირითადად შედგება ჰაერის წინააღმდეგობისგან და თავის ან გვერდითი ქარისგან. საშუალო სიჩქარით და ბრტყელ ზედაპირზე გადაადგილებისას აეროდინამიკური წევა არის უდიდესი ძალა, რომელიც ხელს უშლის წინ მოძრაობას. სიჩქარის შემდგომი მატებასთან ერთად, აეროდინამიკური წევა ხდება აბსოლუტური და მისი სიდიდე ბევრად აღემატება ყველა სხვა ძალას, რომელიც აფერხებს წინ მოძრაობას.

აეროდინამიკური ტესტები ველოსიპედში

როდესაც ველოსიპედის ტექნიკური მახასიათებლების გაუმჯობესებამ მიაღწია გარკვეულ ზღვარს და პრაქტიკულად გაქრა განსხვავებები სხვადასხვა მწარმოებლის ცალკეული კომპონენტების შესრულებაში, ყურადღება დაეთმო ჰაერის წინააღმდეგობას, რომელსაც ველოსიპედისტი გადალახავს ტარებისას. ამ ინდიკატორს ჰქონდა შთამბეჭდავი ციფრული მნიშვნელობა, ასე რომ, იყო რაღაცაზე მუშაობა. როგორც საავიაციო და საავტომობილო ინდუსტრიაში, ქარის გვირაბი გამოიყენება იმის შესამოწმებლად, თუ როგორ მოქმედებს შემომავალი ჰაერის ნაკადი ველოსიპედისტზე. ეს ძვირადღირებული მოწყობილობა ხელს უწყობს ობიექტის (ველოსიპედისტის) ურთიერთქმედების დადგენას ჰაერის ნაკადთან, ასევე მოქმედი ძალის განსაზღვრას რიცხვითი მნიშვნელობით. ტესტების დროს განისაზღვრება ველოსიპედისტის ოპტიმალური პოზიცია, ასევე ველოსიპედის ცალკეული ნაწილებისა და სპორტსმენის აღჭურვილობის შემომავალი ჰაერის ნაკადის წინააღმდეგობის კოეფიციენტი.

ქარის გვირაბის დიზაინი არის ოთახი, რომლის ერთ მხარეს დამონტაჟებულია მაღალი ხარისხის ვენტილატორები; ისინი ქმნიან ჰაერის ნაკადს, რომელიც ასახავს საპირისპირო ქარს, რომლის სიჩქარე რეგულირდება ვენტილატორის პირების მბრუნავი ელექტროძრავების სიმძლავრის შეცვლით.

ველოსიპედის ჩარჩოს გამძლეობა

ველოსიპედის ექსპლუატაციის დროს ჩარჩოზე იტვირთება დატვირთვები, რომლებიც ბევრჯერ მეორდება. ეს ციკლური დატვირთვები წარმოიქმნება არათანაბარი გზის ზედაპირიდან: ხვრელები, მუწუკები, ხვრელები ასფალტზე და ა.შ. როდესაც ალუმინის შენადნობების გამოყენება დაიწყო სხვადასხვა კონსტრუქციებში (განსაკუთრებით ავიაციასა და ასტრონავტიკაში), კვლევებმა აჩვენა, რომ ერთი დატვირთვა არ იწვევს დეფორმაციას და განადგურებას. მასალის, მაგრამ გარკვეული რაოდენობის დატვირთვის ციკლები სტრუქტურულ მასალაში გამოიწვია დეფორმაცია, ბზარები და შემდგომი განადგურება. ამ ფენომენს ახასიათებს ტერმინი "დაღლილობის წარუმატებლობა". ჩატვირთვის ციკლების რაოდენობას, რომელიც იწვევს წარუმატებლობას, ეწოდება "დაღლილობის სიცოცხლე".

იმავე კვლევებმა აჩვენა, რომ ნაპრალების, ჩაღრმავების, ხვრელების და შედუღების არსებობა სტრუქტურის ყველაზე დატვირთულ ადგილებში ამცირებს თავად სტრუქტურის გამძლეობას სიდიდის რიგითობით. ამ ტენდენციას ეწოდება "ადგილობრივი სტრესის კონცენტრაცია". სტრუქტურაში პატარა ხვრელიც კი ზრდის მის გვერდით ძაბვას მინიმუმ 2-ჯერ, ხოლო საკმარისი სიღრმის ნაკაწრი 5-6-ჯერ. ბზარი ზრდის ადგილობრივ სტრესს მოსავლიანობის წერტილამდე და ამიტომ სისტემატურად იზრდება მზარდი ტემპით.