Mi pregunta es: es fácil de balancear una bicicleta cuando se está moviendo a una velocidad bastante alta, digamos 7 m/s o 25 km/hr. Pero cuando una bicicleta se ralentiza, es difícil mantener la vertical, y la persona a bordo lo puede caer así! ¿Por qué?
Esta pregunta ya tiene respuestas:
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Bien voy a tirar mi sombrero en el anillo con una respuesta. La idea de que es un problema sin resolver es totalmente falsa.
Cuando usted comienza a caer hacia uno u otro lado si usted gira el volante ligeramente en la dirección en la que está cayendo la bicicleta comienza a seguir una trayectoria curva. Hay una fuerza debido a la fricción que se desvía el piloto del camino en una curva:
La fuerza de rozamiento empuja contra la base de la moto y los actos de soporte de la bicicleta de vuelta hacia arriba verticalmente. El interior dirigida fricción es lo que está proporcionando la aceleración centrípeta.
Esta respuesta se hace evidente cuando te haga preguntas como:
¿Qué sucede si usted está montando rápidamente al cruzar un largo trozo de hielo? La respuesta es que de resbalón y caída, y no giroscópico de la fuerza de las ruedas o cualquier cosa que impida esto.
¿Qué sucede si usted viaja rápidamente a través de la arena suelta? La respuesta es que si intenta activar (magra), incluso un poco demasiado la arena fluye debajo de la rueda de la bicicleta y no proporciona suficiente fricción para mantener la moto. Usted se caiga.
Si quiere apoyarse más en un turno es necesario ir más rápido o más lento? La respuesta es más rápido y es porque se necesita un mayor dirigida hacia el interior de la fuerza para compensar la baja de la fuerza normal. El más rápido de un objeto que está pasando cuando se desvía más fuerza se necesita para desviar lo que significa que hay más de fuerza disponibles para luchar contra la gravedad.
Mientras que la búsqueda de una imagen para mi respuesta que he encontrado de esta fuente en la que se explica de la misma manera: http://electron6.phys.utk.edu/101/CH4/dynamic_stability.htm
Por eso, cuando usted va poco a poco en una bicicleta el camino curvo que tendría que seguir con el fin de proporcionar suficiente fricción para permanecer en posición vertical es demasiado apretado para la bicicleta a su vez. Sin suficiente fricción para proporcionar el equilibrio aceleración centrípeta de la moto se caiga. Esta es también la razón de que cuando usted está montando muy lentamente y tratando de mantenerse estable y vertical que terminan teniendo muy fuerte tejido exagerada de giros, pero cuando estás de viaje rápido que ir en casi una línea recta. Sólo los muy agudos proporcionar suficiente fuerza de rozamiento para soportar el piloto de copia de seguridad.
veketash
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11
No estoy de acuerdo con el momento angular de la teoría: si se va a bajar de su bicicleta en la velocidad y deje que se vaya por sí mismo, que no iría muy lejos antes de caer a su lado, incluso menos si pones un ~150 libras sacos de arena en su silla de montar. No es de hecho un efecto causado por el impulso, pero esto es insignificante cuando se compara con la contribución real de la amazona.
Estoy de acuerdo con KidElephant que cuando vas rápido, un pequeño ajuste en la dirección del eje hace una diferencia grande en un tiempo más corto. Esto tiene sentido cuando se considera que, a fin de orientar, la bicicleta tiene que inclinarse, y al chocar con una moto es análogo a un novillo de la condición. Cuando usted siente que usted está consiguiendo en una sobre-steer situación, experimentados pilotos intuitivamente contador de dirección girando aún más en la curva, por lo que debido a la geometría de la bicicleta, la bicicleta se estabilice y se convierten en recto de nuevo. Esto, de nuevo, es mucho más fácil hacer algo superiores a las velocidades debido a la amplificación de los movimientos. (un pequeño contador de dirección de movimiento tendrá un mayor efecto en la bicicleta).
Sé que esta fuente no es exactamente un científico whitepaper, pero parecen no haber hecho su investigación y citan un par de fuentes. La física de las motocicletas son muy similares a la de las bicicletas. En este artículo se apoya la afirmación de que giroscópico de las fuerzas no son el principal actor en la motocicleta de dirección, aunque de una motocicleta va a velocidades mucho más altas que las de una bicicleta, con mucho más pesadas ruedas, lo que resulta en una mucho mayor momento angular.
La precesión giroscópica producido por countersteering suministros la primera de una serie de "inclinarse pares", que contribuyen a inclinarse en la dirección de la intención de turno.
Aunque el efecto es inicialmente pequeño giroscópico fuerzas contribuir a inclinarse a pesar de que son secundarias a la magra inducida por la dirección de kink.
andrepd
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347
La respuesta es que, a pesar de nuestros mejores esfuerzos, todavía no estamos muy de poner un dedo sobre ella. La giroscópico de las fuerzas mencionadas por bobie en su respuesta, han demostrado no ser suficiente para explicar por qué un vehículo se mantiene en posición vertical. Es muy sorprendente que los físicos no son capaces de explicar el mecanismo detrás de un (aparentemente) simple y ubicua de los dispositivos.
Esta respuesta en la Bicicleta de Intercambio de la Pila de la cites un excelente artículo sobre el tema.
Eldritch Cheese
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137
Hasta el momento, sigue abierta la pregunta de por qué las bicicletas son estables a todos. Un par de ideas que se han propuesto, pero que han sido desmentidas por la construcción de la no-estándar de bicicletas.
La explicación más común es que las ruedas de una bicicleta de actuar como un giroscopio, la prevención de la moto se caiga. Una moto fue construido con la contra-rotación de las ruedas para probar esto. La moto tenía dos ruedas delanteras, uno en el suelo y la rotación hacia adelante, y un fuera de la tierra girando hacia atrás. De esta manera, el momento angular total fue cero. Sin embargo, la moto se mantuvo estable.
Otra explicación es que la estabilidad de la moto dependía del ángulo entre el marco y la rueda delantera. Cuando la moto empieza de inflexión para el lado, la rueda delantera se convierte en la curva para contrarrestar la inclinación. Este también fue probado por la construcción de una bicicleta con la horquilla delantera va directamente hacia arriba. Esto también era estable, refutar esta hipótesis.
Fuentes: http://bicycle.tudelft.nl/stablebicycle/StableBicyclev34Revised.pdf
DaveEHS
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85
Estoy de acuerdo con Brandon análisis. Para añadir algo de información sobre el "¿por qué nos caemos" pregunta:
La bicicleta es inestable en cualquier caso, en ausencia de un conductor. Para hablar de la estabilidad con un controlador, el modelo de controlador de alguna manera. Que puede ser modelada por alguna función lineal del vector de estado de la moto. Hay una función para cualquier velocidad > 0, que estabiliza la moto, pero que la función se vuelve más y más difícil para un ser humano para producir como el de la moto se ralentiza.
Que nos lleva al reino de retraso de ecuaciones diferenciales (DDEs), debido a que el tiempo de reacción de los humanos conductor. El modelo que Brendon descrito podría ser modelado como una DDE, con la inclusión de una función que representa las acciones del conductor. Entonces, las regiones de estabilidad, con respecto a los parámetros (el intervalo de tiempo, la velocidad, la altura, etc. de la bicicleta, y otros parámetros que hemos introducido en la definición de la función de controlador) puede ser determinada.
Los resultados obtenidos por el análisis de la estabilidad de estos modelos con precisión puede predecir, por ejemplo, en el que la longitud de un bolígrafo es imposible equilibrio por un ser humano, o la cantidad de alcohol que alguien tiene que beber para que él no es capaz de levantarse ya.
Utilizando los resultados para los de segundo orden DDEs, estoy seguro de que es posible obtener resultados cuantitativos para el modelo de moto así, por ejemplo. en lo que la velocidad no es difícil mantenerse arriba, ignorando los efectos giroscópicos.
Para aquellos interesados en la exacta matemáticas, recomiendo la brillante monografía de G. Stepan: Retraso en Sistemas Dinámicos: Estabilidad y Funciones características.
