Как повернуть на велосипеде? [Veritasium]
[музыка] большинство людей не понимают, как они ездят на велосипеде, и сегодня вы убедитесь в этом сами. Спонсор этого видео – kiwico, спасибо и за поддержку.
Когда вы едете на велосипеде, как повернуть налево? Думаю, большинство ответит: "повернуть руль влево". Давайте проверим с помощью этого велосипеда. Сделай его, мой друг Рик, у него в руках пульт, с помощью которого он может частично блокировать движение руля. Итак, я еду на велосипеде, а он решает, какую сторону я могу повернуть – влево или вправо. Попробуем!
Включаю только левый. Что Рик выскакивает? Немного подруливаю. Пока можно, даже после того, как я нажал механизм, просто возведён. А вот теперь руль заблокирован. Понял! Тут загорается лампочка, она показывает, куда можно поворачивать: сейчас налево. Если попробуем направо, то нельзя. Попробуй налево. Можно вопрос в том, получится ли у меня в итоге повернуть налево.
Попробуем! Рик меня не предупреждает, какую сторону заблокировать, чтобы знать, куда вам придётся следить за лампочками. Скажи, как будешь готов. Готов? Нет-нет, сейчас я пытался повернуть направо, но велосипед не дается. Налево-направо, так еще раз – вправо! Вправо-вправо-вправо. Что же ты? Если присмотреться, станет понятно, в чём дело. Вот, мне надо свернуть направо. Я поворачиваю вправо руль и теряю равновесие.
Когда едешь на таком велосипеде, становится очевидно, что невозможно свернуть налево, не повернув в руль вправо, и невозможно свернуть направо, не подруливая влево. Звучит это сомнительно, наверное, большинство из вас считает, что когда надо повернуть, мы просто поворачиваем руль в нужную сторону. Если мы едем на машине, мы так и делаем – крутим руль, направляя колёса в нужную сторону. Машина едет, куда надо. Вот только есть один нюанс: на велосипеде поворот руля влияет не только на направление, но и на равновесие.
Представьте, вам нужно свернуть направо. Вы поворачиваете вправо руль, из-за чего велосипед просто уезжает из-под вас, и вы оказываетесь под наклоном влево. Сила реакции опоры от земли влево. Чтобы не упасть, вам приходится повернуть влево руль. В результате вы сворачиваете влево. Чтобы всё-таки свернуть направо, придётся сначала рулить налево, чтобы наклониться вправо и поехать в нужную сторону. Каждый, кто умеет кататься на велосипеде, это знает, но не каждый осознаёт.
Попробуйте заснять, как кто-нибудь едет вам навстречу и поворачивает по команде. На видео будет хорошо заметно, что все используют контур. Линия налево. Когда мы едем на велосипеде, по сути у нас получается так называемый перевёрнутый маятник, как если пытаться удержать швабру на ладони. Если я пойду в твою сторону с этой швабры, она обязательно упадёт в противоположную сторону. Но удержать её несложно, мы на автомате понимаем, как это сделать.
Я твою руку назад, и теперь могу двигаться. Мне нужен наклон в ту сторону, куда я собираюсь идти. Чтобы куда-нибудь переместить маятник, сначала нужно в противоположном направлении сдвинуть его основание. Тогда он наклонится в ту сторону, в которую нам нужно, и можно будет двигаться за ним. Ведь то же самое с унициклом: чтобы двигаться вперёд, наступите на заднюю педаль, и тогда вас наклонит вперёд, и затем вы сможете поехать. Чтобы ты ни делал на уницикле, главное, чтобы точка контакта с дорогой была там, где надо относительно сидящего.
Так же швабра на ладони, только на уницикле балансирует вперёд-назад с помощью педалей, а вправо-влево, особенно на поворотах, как с велосипедом через контрруление. Чтобы точка опоры сместилась, пошёл наклон, и тогда уже можно поворачивать. Стоит заметить, что иногда даже с частично заблокированным рулём повернуть получалось, если я успевал зайти на поворот. Вправо-вправо-вправо-вправо-вправо-вправо-вправо-вправо-вправо. Получилось! То есть нам просто повезло, я поворачивал руль до того, как его заблокировали.
В принципе, ехать можно, да только налево не поворачивай, иначе всё налево нельзя. Тут ещё интересное: в принципе ехать на велосипеде можно, просто нельзя повернуть налево, но по кругу ездить без проблем. Выходит, что руль нужен не только для того, чтобы поворачивать, но ещё и чтобы держать равновесие. Да, всё именно так! А почему сложно держать равновесие, если велосипед никуда не едет? Наверное, многие думают, что это просто потому, что колёса не крутятся, нет эффекта. Но дело не в этом, а в том, что в движении мы патрулируем, чтобы велосипед оставался чётко под нами на одном месте. Так не получится!
Мы держим равновесие не столько положением нашего тела, сколько рулением. Мне давай велосипеду из-под нас уехать! Даже при движении по прямой мы постоянно патрулируем, как раз чтобы удержать равновесие, мы смещаем место контакта переднего колеса. Снова как будто пытаемся удержать на руке швабру.
Ну хорошо, если равновесие поддерживает тот, кто сидит на велосипеде, держит руль, то как этот велосипед едет и не падает? Он ведь может катиться вечно, если получится сохранить достаточную скорость. Я об этом узнал из видео канала "Минутка физики", и мне захотелось снять своё. Не забудьте посмотреть их ролик! В нашем эксперименте мы запустили велосипед по ухабам, но оказалось, что он спокойно продолжает ехать даже по сложному. Как же так?
Мне кажется, многие спишут всё на колёса. Они крутятся, создаётся гироскопический эффект, удерживающий велосипед прямо, как вот здесь. Я показывал гироскопическую процесссию: колесо держится почти вертикально. Хотя гравитация укладывает Ивана. Но с велосипедом дело в другом. Вот, мы полностью заблокировали руль, чтобы ехать можно было только прямо. Еду прямо, еду прямо, у Итак, мы просто заблокировали руль, повернуть нельзя. Но вам не надо только прямо, просто вперёд!
Некоторые пытались разогнаться, другие выдумывали отчаянные способы сохранить равновесие. Он падает не так быстро, но никому не удалось продержаться на велосипеде дольше пары секунд. За счёт одного героя эффекты небезопасно. Как ни крути, что на месте, что заблокированном рулём, удержать равновесие на велосипеде невозможно! Нет, ничего не получится, потому что нет возможности подрулить велосипед на месте.
Без человека он не падает, потому что конструкция позволяет подруливать самостоятельно. Если он начинает заваливаться набок, руль поворачивается в ту же сторону, и колёса снова оказываются под рулём. На эту способность велосипедов влияют как минимум три фактора. Во-первых, из-за угла наклона передней вилки и рулевая ось пересекает землю перед точкой контакта колеса с дорогой. Если велосипед наклоняется влево, то сила реакции опоры, то есть земли, повернёт колесо налево. Если велосипед отклоняется вправо, то и колесо повернёт туда же.
Переднее колесо вроде как само устанавливающееся. Вы видели у тележек в магазинах или на детских колясках: куда бы вы их ни повели, колесо разворачивается в ту же сторону. Второй фактор – это расположение центров масс руля и переднего колеса. Они чуть впереди рулевой оси, поэтому когда велосипед заваливается влево, их вес толкает переднее колесо влево, а если вправо – то вправо. Третий фактор – тот самый гироскопический эффект, но он не удерживает велосипед вертикально, помогает рулить.
Если нажать на гироскоп с левой стороны, он повернёт налево, если чуть-чуть придавить справа, он развернётся право. Это называется гироскопическая прецессия, создаётся ощущение, что сила, которую вы применяете к гироскопу, действует на него под углом в девяносто градусов. В общем, велосипеды не падают, в основном благодаря ору линию, а их конструкция позволяет им делать это самостоятельно.
А вообще, чтобы велосипед не падал, все три фактора даже не нужны. Для того чтобы это проверить, сконструировали вот такой странный велосипед. Гироскопического эффекта нет, потому что над каждым обычным колесом есть второе, которое вращается в обратную сторону. Стабилизироваться самому переднему колесу тоже не сможет, потому что расположено перед рулевой осью. Этот велосипед поддерживает равновесие благодаря распределению массы, он рулит в нужную сторону под действием силы притяжения.
Исследователи до сих пор изучают, каким образом велосипеды не падают. Есть программа, в которой можно ввести характеристики велосипеда и посмотреть, при каких скоростях он будет ехать сам. Благодаря таким исследованиям можно совершенствовать велосипеды, например, в этого прототипа в ручках есть умный мотор, который помогает рулить и даже на низких скоростях держать равновесие. Мне кажется, вполне логично, что кто-то до сих пор изучает велосипеды: почти все мы умеем кататься на них, но мало кто знает, как именно нам это удается.
Переведено и озвучено Диего Вирт Дидар.