Kesan Gyroscopic Hampir Tidak Dapat Dilakukan Dengan Keupayaan Anda Menunggang Basikal

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 09:39

Masalahnya dengan kuasa-kuasa yang dihasilkan dari kesan gyroscopic pada basikal biasa adalah mereka tidak begitu kuat apabila mempertimbangkan fizik yang terlibat dalam mempunyai majoriti pusat jisim basikal di bahagian atas (dengan anda di atasnya). Anda pada asasnya membentuk pendulum yang terbalik, yang jauh lebih sukar untuk diimbangi daripada sebaliknya.

Untuk menggambarkan berapa banyak daya yang diperlukan di sini, adakah seseorang mendapat basikal yang masih ada. Sekarang cuba dan tahan basikal dan orang yang berpusat dengan hanya memegang di sekitar gandar salah satu tayar. Untuk membandingkan kekuatan ini dengan jumlah yang dihasilkan dari kesan giroskopik, ambil tayar basikal terlepas dengan pasak di sisi dan berpaut kepada mereka. Kini ada seseorang berputar tayar dengan cepat; sebaik sahaja berputar, cuba bersandar pada tayar dengan cara yang satu atau yang lain.

Dalam kes ini nanti, anda akan merasakan kesan gyroscopic, tetapi anda sepatutnya dapat melakukannya agak mudah kerana daya yang anda rasai di sini mungkin hanya beberapa kilogram atau 5-10 paun (walaupun ia mungkin berasa lebih banyak dengan tangan anda melebar dan lurus di hadapan anda). Dalam kes sebelumnya, dengan orang yang duduk di atas basikal, kecuali jika mereka sangat ringan atau anda adalah Hercules, saya meneka bahawa anda tidak dapat mendekatkan diri untuk menjaga mereka seimbang, terutama jika lengan anda terulur sepenuhnya.

Jika itu tidak meyakinkan anda, mari kita lihat matematik (contoh yang dilakukan oleh Dr. Hugh Hunt dari Cambridge University):

Apabila menunggang agak cepat pada 12 mph, (kira-kira 6 m / s), roda basikal biasa (diameter 600 mm, lilitan 2 m) berputar 3 kali sesaat, iaitu kadar putaran w = 20 radians sesaat.

Jisim periferiinya, sekitar m = 1kg, tertumpu pada rim, iaitu pada jejari r = 300 mm. Momen inersia J Oleh itu J = Encik² = 0.1 kg m² (cukup dekat).

Katakan saya jatuh dan saya cuba menggunakan kesan gyroscopic untuk membantu saya menegak kembali. Pertimbangkan beberapa geleng-geleng yang mengasyikkan secara bergilir-gilir sinusoidally pada kadar, katakan, f_{mengendalikan}= 1.6 gobel sesaat (bersamaan dengan kekerapan sudut kegelapan w _{mengendalikan}= 2 p f_{mengendalikan} = 10 radians sesaat) dan pada amplitud, katakan, +/- 6 darjah (iaitu M_{mengendalikan}= 6/180 * p = 0.1 radian).

Oleh itu, gerakan goyah adalah T_{mengendalikan} = M_{mengendalikan} dosa (w_{mengendalikan} t), dan membezakan ini memberikan kelajuan puncak goyangan Q = w_{mengendalikan.} M _{mengendalikan} = 10 * 0.1 = 1 rad / s. Ini adalah kadar precession roda roda yang bertindak sebagai gyroscope. Pada kemuncaknya, pasangan itu diperlukan untuk mencapai gerakan pendahuluan ini, disebabkan oleh kesan giroskopik, adalah M = J w Q = 0.1 * 20 * 1 = 2 N m Basikal dan berat saya, katakanlah, 100 kg = 1000 N, jadi kesan gyroscopic hanya akan membantu saya jika saya tidak miring lebih daripada 2 mm dari tegak lurus (1000 N * 0.002 m = 2 N m).

Jadi kesan gyroscopic pada basikal, walaupun pada 12 mph, hampir tidak ada apa-apa dari segi apa yang diperlukan untuk memastikan anda tegak. Jadi bagaimana anda tidak terjatuh setiap dua saat pada basikal anda?

Sebahagiannya ini disebabkan oleh kemampuan anda untuk mengimbangi. Walau bagaimanapun, anda mungkin perasan sukar untuk kekal seimbang pada basikal apabila masih berdiri. Apabila anda mula pergi perlahan-lahan, anda akan melihat anda secara semula jadi membuat pembetulan stereng yang besar untuk memastikan anda seimbang. Ini, sebenarnya, adalah perkara utama yang sebenarnya menjadikan anda berdiri tegak pada basikal pada kelajuan apa-apa, iaitu stereng pembetulan. Kerana anda merasakan ketidakseimbangan dalam satu arah, ia akan menyebabkan anda mengarahkan basikal ke arah itu untuk mengimbangi, daya sentripetal yang terhasil akan mengimbangi anda kembali, dengan asumsi pelarasan anda adalah jumlah giliran yang betul diberikan kelajuan anda dan faktor lain yang lain. Sekiranya anda bertukar, maka anda perlu membuat pembetulan lain untuk mengimbangi ketidakseimbangan yang dibuat daripada pembetulan anda. Semakin cepat anda pergi, semakin kecil pembetulan yang diperlukan untuk membuat anda seimbang.

Pada mulanya, usul pembetulan ini cenderung agak besar dan sering dengan anda mengatasi lebih banyak, kerana tubuh anda masih belajar menunggang basikal. Inilah sebabnya mengapa anda cenderung sedikit goyah dan banyak menghancurkan apabila anda belajar dahulu. Dari masa ke masa, pembetulan ini akan menjadi lebih kecil dan lebih kecil dan lebih tepat sehingga anda tidak menyedari bahawa anda melakukannya sama sekali semasa anda menunggang motosikal di atas kelajuan super perlahan (jelasnya anda masih akan melihatnya apabila hampir tidak bergerak pada basikal anda dan seperti yang dinyatakan di atas).

Fakta Bonus:

• Ramai orang berfikir bahawa jika anda mengambil dua tayar dan memintanya dalam arah yang bertentangan, anda akan mempunyai kesan giroskopik yang sama seolah-olah mereka berputar ke arah yang sama. Sebenarnya, apa yang akan berlaku ialah, jika roda diputar ke arah yang bertentangan, kedua-dua akan membatalkan satu sama lain, dari segi kesan gyroscopic. Fakta ini telah digunakan untuk menunjukkan kepada orang bahawa mereka boleh menunggang motosikal tanpa sebarang masalah tanpa kesan giroskopik dengan menaikkan roda tambahan dibangkitkan sedikit dari tanah yang kaunter berputar tayar sebenar.
• Lebih jauh ke hadapan pusat jisim untuk basikal + orang menunggang motosikal, pergerakan roda depan yang kurang diperlukan untuk mengekalkan keseimbangan. Ini mungkin paling ketara pada kitaran motosikal tertentu yang mana roda depan dapat melekat dengan baik dari basikal.
• Satu lagi faktor yang kurang diketahui dalam kemampuan menunggang basikal ialah sesuatu yang disebut "jejak". Ringkasnya, ini adalah ukuran sejauh mana jarak dari titik roda depan menyentuh laluan bawah titik sentuhan stereng, di mana seluruh mekanisme stereng (garpu, hendal, roda depan, dan lain-lain) berputar. Jejak yang lebih panjang akan membuat basikal berasa lebih stabil daripada yang lebih pendek. Walau bagaimanapun, jika jejak itu terlalu panjang, basikal akan berasa sukar untuk memandu. Basikal dengan jejak yang terlalu kecil, atau jejak negatif, akan merasa tidak stabil; walaupun, disebabkan oleh pemandu pembetulan, anda masih boleh menunggangnya. Kerana masalah stereng dengan jejak yang semakin meningkat, basikal gunung dan motosikal menaiki basikal biasanya jauh lebih sedikit daripada basikal jalanan. Dalam kes basikal gunung, ini membolehkan lebih banyak "ketangkasan" pada basikal untuk membantu mengimbangi kawasan yang kasar. Dalam kes motosikal touring, ini membantu mengimbangi fakta bahawa anda mungkin akan membungkus bersama sedikit bagasi dengan anda dan dengan itu, berat tambahan yang rendah ke tanah. Inilah sebabnya kenapa motosikal akan sering merasa tidak stabil jika anda tidak mempunyai bagasi yang ditambah dan rendah ke tanah.
• Walaupun gim gyroscopic dan trail tidak mencukupi untuk memastikan anda seimbang pada basikal, mereka biasanya mencukupi untuk memastikan basikal tanpa lurus terus lurus sehingga ia melambatkan ke titik tertentu, yang berbeza dari basikal ke basikal berdasarkan saiz dan jejak roda.
• Sesuatu yang dipanggil "gyrobike" sedang dalam pembangunan untuk membantu orang belajar menunggang basikal. Basikal ini mempunyai roda lenturan dalaman yang memberikan peningkatan yang signifikan dalam kesan giroskopik. Pencipta motosikal ini kemudiannya berharap satu dapat dibangunkan di mana kesan gyroscopic akan mencukupi untuk mengekalkan basikal yang paling seimbang walaupun dengan penunggang, sementara masih tidak terlalu sibuk dengan basikal dari segi berat dan sejenisnya.
• Satu lagi tempat yang anda akan lihat fenomena "auto-membetulkan" fenomena yang agak bawah sedar ini adalah apabila anda cuba untuk berdiri di satu tempat pada satu kaki. Apabila berbuat demikian, anda harus berhati-hati mengimbangi diri anda agar tidak terjatuh. Sebaik sahaja anda mula melompat walaupun, kebanyakan orang mempunyai sedikit kesukaran menjaga diri seimbang. Ini kerana, apabila anda melompat, anda bukan hanya semulajadi menjana gerakan pembetulan, tetapi anda juga akan mempunyai tanah kaki anda di mana ia perlu untuk memastikan anda seimbang.