1.79. Велосипеды и мотоциклы

Почему движущиеся велосипеды и мотоциклы не падают, даже если отпустить руль? Что нужно сделать, чтобы повернуть в такой ситуации? Можно ли на велосипеде повернуть, не держась за руль?

Почему современные велосипеды более устойчивы, чем велосипеды более старых конструкций? В частности, почему вилка переднего колеса у них выгнута в сторону от седла? Какое преимущество в гонках у велосипеда с низким центром масс?

ОТВЕТ • Вопрос о том, почему устойчивы движущиеся велосипеды и мотоциклы, обсуждается давно. Некоторые исследователи продвигают идею о том, что колеса действуют как гироскопы — они препятствуют любому случайному наклону, поскольку имеют угловой момент. Однако исследования показали, что этот эффект мал, особенно для велосипедов. Кроме того, практика показывает, что, когда вы поворачиваете колесо в направлении случайного наклона и движетесь вперед, велосипед выравнивается. Но это не всё объясняет, и это знают все, кто ездил на велосипеде, не держась за руль. Оба соображения не могут объяснить, например, как велосипедист может удерживать велосипед в вертикальном положении, даже когда велосипед стоит на месте.

Мне кажется, лучшее объяснение основано на понятии трейла, или выката переднего колеса, — расстояния по земле от места, где касается земли перпендикуляр, проведенный через ось переднего колеса, до места пересечения мысленной проекции оси руля с землей. Если проекция оси руля выдается вперед по отношению к точке касания шиной земли (большинство моделей велосипедов так и делаются), то, если вы вдруг случайно начнете наклоняться в какую-то сторону, переднее колесо автоматически направится в сторону наклона и уменьшит его. Вы можете помочь велосипеду выровняться, поворачивая руль в эту сторону, но это не обязательно — велосипед и так все сделает правильно. Но если ось руля смещена назад по отношению к точке касания земли шиной переднего колеса, оно не будет автоматически исправлять случайные наклоны, и тогда вы должны будете заняться этим сами, и, значит, таким велосипедом управлять будет гораздо труднее.

Вопрос о том, как на велосипеде или мотоцикле начать поворот, также обсуждался давно, отчасти потому, что правильное объяснение на первый взгляд казалось неправильным. Если вы хотите повернуть велосипед, скажем, направо, вам нужно на мгновение повернуть переднее колесо влево, это называется контррулением. Тогда и вы, и велосипедная рама, и переднее колесо автоматически наклонитесь вправо, то есть в направлении намеченного поворота. Действительно, этот наклон порождает вращающий момент, который противодействует контррулению, поворачивая и вас, и велосипедную раму, и переднее колесо направо, после чего велосипед снова принимает вертикальное положение.

В велосипедной гонке, где гонщик стоя быстро крутит педали, велосипед резко бросает то вправо, то влево, и он качается вокруг точек соприкосновения шин с землей. Чем ниже центр масс велосипеда, тем ближе он к точкам соприкосновения с землей и тем проще для гонщика качать велосипед.