Дайте велосипеду без всадника толчок, и возможности – он, будет путешествовать вперед некоторое время без опрокидывания. Ученые долго думали, что поняли физику того, что сохраняет велосипед вертикально.
Но новое исследование показывает так большую часть того, чему они верили, является неправильным.Исследователи предположили, что два механизма сохранили велосипед без всадника вертикально. Сначала «результат литейщика», полагающийся на положение переднего колеса относительно держащейся оси — воображаемая линия, простирающаяся от передних вилок вниз.
На большинстве велосипедов переднее колесо встречает землю только позади этой оси, таким образом, это имеет тенденцию сосредотачивать себя как литейщики на магазинной тележке. Другой механизм известен как гироскопическая прецессия: Поскольку переднее колесо прядет вперед, любой наклон налево или право создают силу, которая будет вести велосипед в том направлении, вытаскивая его из падения.Чтобы показать, что ни один из этих механизмов не фактически крайне важен, инженер Энди Руина из Корнелльского университета и коллеги использовали компьютер для проектирования велосипеда, исключающего оба механизма.
В отличие от нормального велосипеда, переднее колесо их транспортного средства находится перед держащейся осью, таким образом, результат литейщика не может работать. Вдобавок ко всему, и передние и задние колеса связаны для дублирования вращения колес в противоположном направлении, таким образом, любая гироскопическая прецессия уравновешена.В движении.
Посмотрите то, на что «велосипед» исследователей похож при перемещении.Кредит: © Science/AAAS
Больше научных видео новостейХитрое изобретение не напоминает нормальный велосипед. Колеса являются маленькими, и это вызывает мутацию у тяжелых, металлических весов рядом с землей впереди и на высоком полюсе, выступающем, где место обычно было бы. «Это похоже на забавный скутер», говорит Руина.Как только исследователи построили велосипед — описал онлайн сегодня в Науке — они дали ему толчок и обнаружили, что это осталось вертикальным почти, пока это не остановилось, исправив любую склонность, как нормальный велосипед делает.
Заключение Руиной: «Результаты гироскопа являются важными факторами на автоматическом управлении [и] результаты литейщика – также. Это просто, что они не важны».
Таким образом, что действительно мешает велосипеду падать? Уловка является своим странным массовым распределением: низко впереди и высоко сзади. В результате фронт попытается упасть быстрее, чем задняя часть, так же, как короткий карандаш сваливается быстрее, чем высокое метловище. Поскольку фронт и задняя часть связаны, это кривое падение превращает переднего быка в падение и при этом вытаскивает велосипед из него.
Джоэл Фэджэнс, физик в Калифорнийском университете, Беркли, кто изучил велосипедную стабильность, называет работу «очень полным, хорошо сделанным исследованием». Наиболее неожиданный результат, он говорит, то, что результат литейщика не необходим, поскольку предыдущие эксперименты уже предположили, что гироскопическая прецессия не так важна, как думают много людей. «Возможно, что эти результаты могли бы влиять на велосипедный дизайн», говорит он.
Руина и его коллеги соглашаются, что их результаты могли помочь профессиональным велосипедным инженерам исследовать другие странно выглядящие проекты, которые так же стабильны. «С этими изменениями появления можно было бы иметь велосипеды, которые легче для стариков ехать, велосипеды, которые легче вывести, но все еще чувствовать себя стабильным при поездке прямо, велосипеды, имеющие более удобную сидящую договоренность или велосипеды, имеющие более удобные места для детей хранения или переноса», говорит Руина.