Руление на большой скорости

Но что еще помогает нам рулить и сохранять прямолинейное дви­жение? Оказывается, гироскопический эффект. См. схему II рис. 5.4 «Принципы баланса велосипеда». Раскрученное велосипедное колесо обладает всеми свойствами гироскопа. Чем больше его масса (точнее, момент инерции) и скорость вращения, тем сильнее действие гироско­пического эффекта. Если колесо повернуть налево вокруг вертикальной оси, оно наклонится в правую сторону. А если его наклонить влево, то оно послушно повернется налево. Оба этих эффекта (их называют ги­роскопической прецессией) оказываются до крайности полезными для автоматического сохранения равновесия и для руления.

Пусть велосипедист, опять же безмятежно катясь по прямой, ровной и гладкой дороге без рук и любуясь пейзажем, случайно отклонился от вертикали влево. Немедленно гироскопическая прецессия помогает повер­нуть переднее колесо налево. И велосипед начинает равномерный вираж в левую сторону. Одновременно возникает центробежная сила вправо, которая противостоит наклону и стремится восстановить вертикальное положение и исходное прямолинейное движение. Велосипедист тогда

вправе выбрать: продол — Рис.5.5. Противоруление жать поворот, или катить ‘ 1 — исходная траектория, дальше по прямой. 2-3 — момент лротиворуления, 4 — поворот Теперь еще немного о / рулении. Есть два извес­ 2 4 У 3 / тных способа совершить [с—и поворот, когда байк катит­ 1 …… * ………. … ся прямо: 1 — наклониться;

2 — повернуть руль.

В отличие от случайного наклона велосипеда, который был только что рассмотрен, выясним, что реально произойдет, если умышленно по­вернуть руль влево. Сразу возникает гироскопическая прецессия перед­него колеса, действующая направо и, как дополнение к ней, центробежная сила, приложенная к ЦТ. На большой скорости эти две силы легко могут привести к падению. Однако, если на мгновение быстро повернуть руль в противоположном направлении (направо) и вернуть его обратно в исход­ное положение, то прецессия и центробежная сила наклонят велосипед в искомую сторону — налево. Затем в действие вступает сила тяжести, усугубив наклон и запустив гироскопическую прецессию, поворачива­ющую переднее колесо и велосипед в установившейся поворот. Реально движение рулем очень мало, так как гироскопическая прецессия зависит от скорости, а не от амплитуды движения. Прием этот называют по-раз­ному, «контрруление» или «противоруление». Более всего он известен среди мотоциклистов. Большинство велосипедистов о нем совершенно не задумывается, но постоянно его использует, а что им еще остается?

Теперь нам остается посмотреть, как эффективнее всего направить велосипед из прямолинейного качения в поворот движением корпуса. Чем-то это напоминает идею «контрруления», только наоборот, без дви­жения руля. Иногда встречается термин «контрнаклон». Для того, чтобы наклонить велосипед в одну сторону, надо переместить корпус в другую, как бы оттолкнувшись от него. Но перемещение должно быть не только вбок, но и слегка вверх, как будто раскачивают качели. На практике это означает, что для наклона велосипеда влево необходимо сначала сдвинуть корпус вправо, слегка приподнявшись на педалях, и круговым движением вернуться в исходное состояние (на седло). В обоих случаях, «контрруления» и «контрнаклона», физическое действие выглядит про­тивоестественным, противоположным здравому смыслу. Но при обучении езде на велосипеде эти навыки становятся автоматическими, «зашитыми» на подсознательном уровне, например, как умение плавать.

Гироскопический эффект Ь чистом виде

David Е. Н. Jones в своей статье «The Stability of the Bicycle», 1970, показал, насколько сильно влияет на устойчивость гироскопический эффект, и можно ли сделать абсолютно неустойчивый велосипед.

Он попробовал убрать гироскопический момент. Для этого был сделан экспериментальный велосипед НВ-1. На передней вилке его было допол­нительно укреплено колесо, которое не касалось земли, равное по массе и диаметру переднему колесу велосипеда НВ-1. Когда его раскручивали в сторону, противоположную вращению основного колеса, создавался гироскопический момент противоположного знака, так что суммарный момент обоих колес становился равным нулю.

Однако оказалось, что ездить НВ-1 было достаточно легко. Он хорошо управлялся как при вращении дополнительного колеса в любую сторону, так и при полной его неподвижности. Стало ясно, что гироскопические силы играют крайне малую роль при езде на обычных скоростях. Когда же НВ-1 запустили без велосипедиста, он повел себя очень интересно. Если дополнительное колесо вращалось в сторону, противоположную вращению переднего колеса, он падал почти мгновенно. А при вращении колес в одну сторону этот, велосипед демонстрировал изумительную устойчивость даже на низкой скорости.

Результат получился достаточно внятным: велосипед сам по себе стабилизируется гироскопическим воздействием, а велосипед с вело­сипедистом — нет. Слишком малы гироскопические силы по сравнению весом и силами инерции велосипедиста.

Вероятнее всего, у дорожных, городских и горных велосипедов ги­роскопические эффекты начинают хоть как-то сказываться на скоростях далеко за 30 км/ч. А для шоссейных с их сверхлегкими колесами — при гораздо более высоких скоростях. Так что гонщику надо очень поста­раться, максимально разогнавшись на длинном спуске, войдя в крутой поворот, чтобы этот эффект почувствовать. Скорее всего, его быстрее снесет центробежной силой с дороги.