гироскопические силы

Ответ от Black Hasky[активный]
В самом деле, почему он устойчив? Какие силы удерживают на ходу в равновесии конструкцию, абсолютно неустойчивую в неподвижности?
Выяснить это несколько лет назад задался целью английскийученый - химик и спектроскопист Дэвид Джонс. Он решил заняться сам проверкой существующих объяснений устойчивости велосипеда. А теорий на этот счет есть несколько:
1. Велосипеддолжен быть устойчив за счет действий своего "всадника", который, чувствуя, что его экипаж наклоняется, поворачивает руль в сторону падения. Велосипед начинает двигаться по кривой, появляется центробежная сила, направленная в сторону, противоположную наклону. Она-то и выправляет машину. Эта точка зрения объясняет, почему неподвижный велосипед падает, почему держать равновесие тем легче, чем выше скорость, и почему на велосипеде, у которого руль не поворачивается, ездить нельзя.
Тем не менее эта теория не может быть верной, или по крайней мере она верна не до конца. Каждый, кто ездил на велосипеде, наверняка заметил, что на большой скорости велосипед очень устойчив и упасть не может, даже если этого захотеть. На ходу велосипед в значительной степени устойчив сам, и задача седока в том, чтобы не мешать машине проявлять эту устойчивость,
Джонс показывает, что на его НВ-1 - велосипеде с нейтрализованными гироскопическими силами - можно ездить даже "без рук".
Можно сказать, обучение езде на велосипеде в том и состоит, чтобы привить обучающемуся доверие к устойчивости машины и научить поддерживать ее своевременными легкими поворотами руля. Если разогнать велосипед без седока, то он продержится на колесах секунд двадцать пройдя немалый путь, прежде чем упадет. Неподвижный же велосипед рухнет сразу - стоять он не может. Итак, действия седока - важный, но не единственный фактор.
2. Более сложная теория устойчивости велосипеда учитываетгироскопическое действие переднего колеса.
Велосипед устойчив, если центр его тяжести находится между опорами - точками касания колес и земли, на одной прямой с этими точками. Когда велосипед наклоняется, центр тяжести оказывается сбоку от этой прямой, и машина начинает падать. Однако одновременно с наклоном появляется гироскопическая сила, та самая, которая не дает падать любому вращающемуся волчку - а ведь колеса вращаются! Поскольку переднее колесо укреплено так, что может поворачиваться, эта сила поворачивает его в сторону наклона машины, точка касания им земли смещается в ту же сторону, и центр тяжести снова оказывается между линиями опор.
Следовало убрать гироскопическую силу - один из факторов, за счет которых велосипед может быть устойчивым, Для этого был сделан. "неездящий велосипед первой модели" - НВ-1: на передней вилке обычного велосипеда было дополнительно укреплено колесо, которое не касалось земли, равное по массе и диаметру переднему колесу. Когда его раскручивали в сторону, противоположную вращению ходового колеса, создавался гироскопический момент противоположного знака, так что суммарный момент обоих колес становился равным нулю.
Однако НВ-1 обманул надежды, возложенные на него: ездить на нем было достаточно легко. Он хорошо управлялся как привращении дополнительного колеса в любую сторону, так и при полной его неподвижности. Стало ясно, что гироскопические силы играют крайне малую роль при езде на обычных, нормальных скоростях. Когда же этот "неездящий велосипед" запустили без седока, он повел себя очень интересно. Если до полнительное колесо вращалось против вращения переднего колеса, то он падал почти мгновенно. А при вращении колес в одну сторону этот велосипед продемонстрировал изумительнуюустойчивость даже на низкой скорости. Результат получился со вершенно очевидным: пустой, легкий велосипед стабилизируется гироскопическим воздействием, а тяжелый велосипед с седоком - нет, он требует от человека постоянных усилий для поддержания его в равновесии. Комбинация двух простых теорий вроде бы достаточно точно объясняет все факты.