Почему не падает велосипед

Ученые, и все прочие полагают, что им вполне понятно, почему конструкция велосипеда позволяет ему сохранять отличную устойчивость. Однако нехитрый эксперимент опровергает стандартные теории. Считается, что в сохранении баланса велосипеда важнейшую роль играют два механизма.

Первый - автоматическое подруливание: если велосипед наклоняется в какую-то сторону, переднее колесо само поворачивается туда же; начинает поворачивать весь велосипед, и центробежная сила возвращает колесо в начальное положение. Оно также возвращается и при езде по прямой, после случайного отклонения в сторону.

Такое подруливание связано с конструкцией передней вилки, оси вращения руля: если мысленно продолжить ее вниз, то она пересечется с поверхностью земли перед точкой, в которой ее касается само колесо - между ними появляется угол (кастор), оказывающий стабилизирующий эффект и при возникновении направленных в сторону сил колесо стремится вернуться в исходное положение. Второй механизм связывают с гироскопическим моментом вращающихся колес.

Все довольно просто - однако американский инженер Энди Руина (Andy Ruina ) с коллегами взялись опровергнуть оба утверждения. Они сконструировали велосипед, в котором эффекты и того, и другого механизма нивелированы. В отличие от всех "настоящих" велосипедов, у этого переднее колесо касается опоры перед точкой пересечения с нею оси передней вилки, что "отменяет" действие кастора. А кроме того, и переднее, и заднее колеса связаны с двумя другими, вращающимися в обратную сторону и тем самым обнуляющими гироскопический эффект.

Конечно, внешне вся эта машинка напоминает скорее какой-нибудь кастом-байк (читайте о них: "Не спеша") или даже самокат, а не традиционный велосипед: колеса маленькие, седла нет… Но тем не менее, конструкционно это, все-таки, велосипед, с которым можно экспериментировать. Взять и подтолкнуть - и посмотреть, как быстро он упадет на бок! Как ни удивительно - не так уж и быстро; по сути, равновесие он держит не хуже обычного велосипеда, он даже демонстрирует то же автоматическое подруливание.

По результатам эксперимента авторы делают однозначный вывод: оба эффекта - и кастора, и гироскопа - играют важную роль в сохранении баланса едущего велосипеда, но оба они не являются критически важными для него. Заметим, что конструкции велосипедов без гироскопического момента уже тестировались ранее, но опровержение важнейшей роли кастора в сохранении баланса велосипеда проделано впервые, и весьма наглядно.

Так отчего же велосипед не падает?

Видимо, ключевую роль в этом играет особое распределение нагрузки: центр массы в передней части расположен существенно выше, чем в задней. В результате переднее колесо заваливается сильнее заднего, а поскольку они жестко связаны по вертикальной оси, переднее колесо вместо того, чтобы просто наклониться набок, разворачивается в ту же сторону, выправляя положение велосипеда.

http://www.popmech.ru/