Прогулки на велосипеде. Зачем нужна сила трения?

Прогулки на велосипеде

Одним из наиболее излюбленных видов активного отдыха является прогулка на велосипеде. Кроме того, что велосипед позволяет укрепить и развить различные мышцы (мышцы ног, рук, спины и живота), это ещё и средство увидеть местные достопримечательности или, просто, поднять себе настроение, катаясь на нем всей семьёй или с друзьями. Однако, велосипед при неумелой езде может служить причиной получения синяков и ссадин. Особенно при езде на большой скорости во время поворота. Давайте попробуем разобраться, что нужно делать, чтобы безопасно проходить повороты во время езды на велосипеде.

Вид сверхуПри вращении педалей велосипеда усилие велосипедиста передаётся колёсам, поэтому они начинают вращаться. Шины велосипеда взаимодействуют с поверхностью дороги. Силами этого взаимодействия являются сила реакции опоры и сила трения, именно последняя является причиной движения велосипеда, а также оберегает велосипед от заноса во время поворота. Чем больше сила трения между шинами велосипеда и дорожным покрытием, тем уверенней и надёжней будет езда, особенно на поворотах. Максимальная сила трения – сила трения скольжения, она определяется формулой:

Сила трения

где Мю  – коэффициент трения, а N  – сила реакции опоры, направленная вертикально вверх.

Во время поворота велосипед движется по дуге, имеющей некоторый радиус R (см. вид сверху). При этом скорость велосипеда Вектор скорости направлена по касательной к траектории, а центростремительное ускорение Вектор ускорения и сила трения Вектор силы трения, удерживающая велосипедиста, направлены к центру дуги. Согласно второму закону Ньютона:

2 закон Ньютона

Учитывая, что сила тяжести направлена вертикально вниз, а центростремительное ускорение равно,

Центростремительное ускорение

получим, что минимальный возможный радиус дуги рассчитывается по формуле:

Радиус поворота

Коэффициент трения резины находится в интервале от 0,5 до 0,8 для сухого асфальта и в интервале от 0,25 до 0,5 для мокрого асфальта. Поэтому при движении со скоростью 15 км/ч (примерно 4,2 м/с) безопасным будет поворот по дуге радиуса R= 4,22 / (0,5·9,8) = 3,6 м (сухой асфальт) и R= 4,22 / (0,25·9,8) = 7,2 м (мокрый асфальт).

Наклон велосипедаСледует также отметить, что для сохранения равновесия при повороте нужно немного наклонять велосипед в сторону поворота.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать:

  1. радиус дуги безопасного поворота при скорости 24 км/ч на сухой грунтовой дороге (коэффициент трения 0,4) и на льду (коэффициент трения 0,15);
  2. угол α наклона велосипеда для сохранения равновесия при повороте на той же скорости, учитывая, что центробежная сила  приложена к центру масс велосипеда.

Комментарии (0)

Оставить комментарий

Вы комментируете как Гость.

Яндекс.Метрика