Двухколесный велосипед является поистине уникальным изобретением человека. Во – первых он очень прост и удобен. Во – вторых, невероятно устойчив во время движения. Вот этот факт, как раз, и удивляет. Каким таким чудесным образом этому двухколесному чуду удается быть столь устойчивым и не падать? В — третьих, он легко управляем. Для того чтобы изменить направление движения, велосипедисту не обязательно поворачивать руль. Достаточно просто наклонить корпус в нужную сторону, и велосипед, согласно гироскопическому эффекту, повернет туда же.
По поводу устойчивости движущегося велосипеда есть масса гипотез. Согласно одной из них, все дело в гонщике, который в процессе движения постоянно меняет положение своего тела, смещая, таким образом, центр массы системы велосипед – гонщик, относительно опорных точек колес. О правильности данной гипотезы свидетельствует и тот факт, что гонщик может свободно управлять велосипедом, совершенно не касаясь руля, просто меняя положение своего тела. Аналогичный способ используют и цирковые артисты, которые управляют велосипедом посредством длинного шеста.
Велосипед может терять устойчивость в том случае, если его колесо попадет в глубокую и узкую колею, например, в паз между асфальтом и трамвайным рельсом. Он просто начнет отклоняться от вертикали. Чтобы исправить положение, велосипедист вынужден наклонять свое тело в сторону противоположную падению велосипеда. Таким образом, он как бы перемещает центр массы системы гонщик – велосипед в плоскость опорных точек его колес.
Как видим, эта ситуация также подтверждает верность данной гипотезы. Вместе с тем, она не единственная. Как, оказывается, обеспечить устойчивость велосипеда можно не только с помощью перемещения центра массы системы гонщик – велосипед, относительно опорных точек, но и альтернативным методом, то есть, при помощи изменения положения самих опорных точек. Что — то подобное мы можем наблюдать, при попытке создать устойчивое положение расположенного на ладони шеста. Чтобы он не упал, мы просто смещаем в нужную нам сторону ладонь. В случае с велосипедом гонщик просто поворачивает руль, разворачивает переднее колесо и, таким образом, изменяет расположение опорных точек. Таким несложным способом он обеспечивает устойчивость системы.
Получается, что поворачивая руль, гонщик находит такое расположение опорных точек переднего и заднего колес, при котором они будут находиться в одной плоскости с центром массы системы.
Согласно еще одной гипотезе устойчивость велосипеда связана с конструктивными особенностями его передней вилки. Ученые выяснили, что устойчивость системы гонщик – велосипед зависит от следующих факторов: диаметра переднего колеса, характера изгиба передней вилки, величины угла наклона ее оси, конструкции самой рамы. Система будет неустойчива в том случае, если точка пересечения плоскости, проходящей через ось переднего колеса, с плоскостью трека, будет располагаться впереди от точки пересечения плоскости, проходящей через ось передней вилки, с плоскостью трека, причем, по ходу движения велосипеда. На таком велосипеде вы не сможете ездить без рук. Впрочем, в любом случае им управлять будет крайне сложно. Любое стороннее действие, будь то попадание колеса в узкую дорожную колею, или же в паз трамвайного рельса, приведет к падению.
Есть и еще одна гипотеза, согласно которой, своей устойчивостью система гонщик – велосипед обязана гироскопическому эффекту. То, есть, в процессе движения велосипедист должен все время поворачивать руль велосипеда в сторону его падения. Как раз это и происходит при езде без рук по извилистой дороге. Чтобы войти в вираж, велосипедист просто наклоняет корпус в сторону его центра. При этом угол наклона будет тем больше, чем больше скорость движения гонщика.
Говорить об устойчивости системы гонщик – велосипед можно лишь в том случае, если движение не будет абсолютно прямолинейным. Да это и понятно, ведь чтобы сохранять устойчивость велосипеда, приходится все время изменять положение опорных точек, заставляя их, находится в одной плоскости с центром массы системы. То есть, фактически, велосипед все время будет двигаться по извилистой линии, хотя, и в одном направлении.
