Was sorgt dafür, dass ein Fahrrad beim Fahren aufrecht bleibt?

Sixtyfooter, Typ

Was hält ein Fahrrad aufrecht, wenn es in Bewegung ist? Wie ist der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Stabilität? Ist es eine lineare Beziehung?

Ich könnte dies auf der Physikseite fragen, hoffe aber auf eine relativ einfache Antwort. Ich habe an einer Einführungsklasse in Physik an der Universität teilgenommen, also wird grundlegende Physik geschätzt, aber nichts zu knorrig.

Ich denke, dass es nicht die drehende Masse des Rades ist, die das Fahrrad aufrecht hält. Ich habe kürzlich eine Studie gelesen, die besagt, dass, wenn Sie ein Rad mit identischer Masse haben, das sich rückwärts neben dem Fahrrad dreht, das Fahrrad nicht an Stabilität verliert. (Ich bin mir nicht sicher, wo ich die Studie gelesen habe).

Warum bleiben Fahrräder aufrecht, wenn sie auf einer Rolle stehen?

Moab

Kurz gesagt, die Fahrradgötter.

Daniel R Hicks

Kleine geheime Antigravitationsmodule unter dem Sitz. Deshalb sind Sitze so teuer.

Moab

@ Daniel, ich dachte, es wäre das "Space Age" Gel, das den Preis in die Höhe getrieben hat ... Ich denke, ich werde meinen nächsten Sitz aus einer Kokosnussschale machen, das wird einige Blicke auf sich ziehen.

Auf Wiedersehen Stapelaustausch

Meine Fahrräder werden durch Dünkel und Selbstgefälligkeit aufrecht gehalten.

Zenbike

Ich denke, es könnte Treten genannt werden.

Paparazzo

Wie würde ein Rad mit identischer Masse, das sich neben dem Fahrrad nach hinten dreht, etwas bewirken? Ist dieses zweite Rad am Fahrrad befestigt?

Benutzer2320464

Minute Physics hat ein tolles Video dazu.
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ʍǝɥʇɐɯ

Diese Frage war kürzlich Gegenstand eines längeren Artikels in der Zeitschrift New Scientist. Zusammenfassen:

"Warum lenkt dieses Fahrrad die richtigen Mengen zur richtigen Zeit, um die Selbststabilität zu gewährleisten?" fragt das Papier. "Wir haben keine einfache physikalische Erklärung gefunden."

http://www.newscientist.com/article/mg21028141.700-bike-to-the-drawing-board.html

Dieser Artikel zitiert auch die Studie, die Sie nicht ganz einordnen konnten – gyroskopische Kräfte, von denen so lange angenommen wurde, dass sie das A und O der Fahrradstabilität sind – haben wissenschaftlich bewiesen, dass sie nicht die Folgen haben, die allgemein angenommen werden.

Das aufrechte Aufrechterhalten auf einer Rolle wird in dem Artikel nicht behandelt, es wird jedoch erörtert, was passiert, wenn Sie ein Fahrrad mit niemandem darauf die Straße hinunter schicken - anscheinend haben die vom Fahrer vorgenommenen Gewichts- und Lenkungseinstellungen nichts zu tun damit machen.

Ich glaube nicht, dass der Artikel des New Scientist das letzte Wort zu diesem Thema ist. Es ist jedoch neu (ein paar Wochen alt) und ist eine gute Einführung in das Mysterium. Genießen!

Moab

Es ist komisch, je mehr Wissenschaftler etwas studieren, desto weniger wissen sie, sie entdecken mehr Fragen als Antworten.

Мסž

@ʍǝɥʇɐɯ: außer dass die Studie, über die in dem Artikel gesprochen wird, ähnliche Arbeiten aus den 1980er Jahren repliziert, und es Bilder von gleichwertigen Geräten aus den 1930er Jahren gibt. Es ist also eher ein Fall von "Wieder einmal haben Wissenschaftler wiederentdeckt, dass eine urbane Legende falsch ist". Ich würde es nicht als IG-Nobel-Qualität einstufen, aber es ist bei weitem nicht so aufregend, wie sie behaupten. Mir wurde gesagt, dass die Verwendung von Bill Wassisnames Gleichungen auf ihren Testrädern Antworten gibt, die zum Beispiel mit ihren Experimenten übereinstimmen.

ʍǝɥʇɐɯ

@Мסž – Ich habe den Artikel vor ein paar Wochen gelesen und er roch ein bisschen nach „Populärwissenschaft“, aber er brachte mich zum Nachdenken und zum Gespräch mit einem radfahrenden Nachbarn. Persönlich glaube ich, dass es Jedi „die Macht“ ist (weniger beschrieben als die „Angst vor dem Schotter des Fahrers“), die das Fahrrad aufrecht hält.

Мסž

@ʍǝɥʇɐɯ: Was mich ärgert, ist, dass sie ihre Lösung (die Gleichungen) anscheinend nicht veröffentlicht haben, daher kann ich ihre Ergebnisse nicht mit denen von Bill "Lords of the Chainring" vergleichen, also ist alles nur Flaum. Es ist keine Wissenschaft, wenn Sie die Ergebnisse nicht reproduzieren können.

MarkovCh1

New Scientist ist sicherlich KEINE glaubwürdige Quelle wissenschaftlicher Informationen.

Daniel R Hicks

Die Fahrradgeometrie bietet ein gewisses Maß an Selbststabilität. Der Winkel und die Neigung der Gabel erzeugen eine Situation, in der der Vorderreifen dazu neigt, sich in eine Schräglage zu drehen, und korrigieren so eine Neigung, auf eine Seite zu fallen.

Der Kreiseleffekt der Räder selbst ist wahrscheinlich nicht so stark, aber der Kreiseleffekt auf die Lenkung arbeitet mit dem Winkel / Neigungswinkel der Gabel, um den Reifen in die Richtung des "Falls" zu drehen und für noch mehr Selbststabilisierung zu sorgen.

Theoretisch unterscheiden sich Rollen nicht von der Straße – der Vorderreifen dreht sich in Richtung der Neigung, entweder bis die Kante der Rollen einen Crash verursacht oder sich das Fahrrad stabilisiert.

Rally25rs

+1. Die natürliche Fähigkeit eines Fahrrads, aufrecht zu bleiben, wenn Sie es "geistern" oder ohne Fahrer losrollen, ist größtenteils auf die Neigung (oder den Nachlauf) des Vorderrads zurückzuführen. Wenn es vertikal montiert wäre (Ihre Radachse befand sich direkt unter dem Steuerrohr und das Steuerrohr war vertikal), würde das Fahrrad ziemlich leicht umfallen. Dies ähnelt dem Nachlauf der Vorderräder eines Autos, der zur Stabilität beiträgt und das Lenkrad selbst zentriert (lassen Sie ein Autolenkrad in einer Kurve los und es kehrt zur Mitte zurück) und die Dieder eines Flugzeugflügels, die hilft ihm beim Umkippen.

wie heißt es

Fahrräder sind aufgrund ihrer Geometrie formstabil. Die Geometrie bewirkt, dass sich das Fahrrad immer in die Richtung dreht, in die es sich zu neigen beginnt, wodurch es aufrecht bleibt. Der Grund lässt sich am besten durch ein Konzept veranschaulichen, das als Gegenlenkung bekannt ist.

Beim Gegenlenken drehen sich alle zweirädrigen Fahrzeuge. Wenn Sie nach links abbiegen möchten, drehen Sie den Lenker etwas nach rechts. Die Reibung der Räder zieht die Unterseite des Fahrrads nach rechts, was eine Neigung nach links auslöst. Die Lenker beginnen dann, nach links zu schwingen, um durch die Kurve zu fahren.

Wenn es Zeit ist, die Kurve zu stoppen, drehen Sie den Lenker etwas mehr nach links. Dadurch wird die Unterseite des Fahrrads weiter nach links gezogen, was die Unterseite des Fahrrads direkt unter den Schwerpunkt bringt und so die Kurve stoppt.

Bei vielen Motorrädern und bei niedrigen Geschwindigkeiten kann der Gegenlenkeffekt von vielen Fahrern unbemerkt bleiben. Bei hohen Geschwindigkeiten oder bei schwereren Fahrzeugen wie Motorrädern ist sie jedoch bedeutsamer.

Wie funktioniert das also, wenn es keinen Fahrer gibt? Es liegt an dem Rechen in der Gabel und der dadurch verursachten Schiene. Wenn Sie eine imaginäre Linie durch die Achse Ihrer Gabel zum Boden ziehen, wird sie den Boden vor der Stelle berühren, an der das Rad den Boden berührt.

Da das Rad den Boden hinter der Lenkachse berührt, spürt das Rad immer eine Kraft von der Straße, die versucht, es in die Mitte zu bringen und geradeaus zu zeigen. Wenn das Fahrrad auf eine Seite gekippt wird, beginnen die Kräfte, das Rad zu der Seite zu drücken, auf der das Fahrrad gekippt ist.

All diese Kräfte summieren sich also. Der Rechen in der Gabel lässt das Fahrrad geradeaus fahren. Und wenn es in die eine oder andere Richtung eine Unebenheit spürt, neigt die Gegenlenkung dazu, das Fahrrad in die andere Richtung zu bringen. Dann beginnt der Gabelrechen, das Vorderrad weiter wegzuschieben, was dann das Fahrrad aufgrund des Gegenlenkens gerade richtet.

Andy Morris

Es ist, als würdest du einen Besen auf deiner Hand balancieren, du lenkst, um die Räder unter dir zu bewegen. Fahrradhersteller helfen, indem sie die Lenkgeometrie so gestalten, dass das Fahrrad von selbst aufrecht bleibt, wenn Sie nicht daran herumspielen.

Die Kreiselkräfte helfen, sind aber nicht wesentlich.

Sixtyfooter, Typ

Tolles Beispiel. Ich finde deine Beschreibung von "Lenken, um das Fahrrad unter dir zu halten" sehr interessant.

Wilka

Dazu gibt es neuere Untersuchungen: http://www.science20.com/news_articles/why_does_moving_bicycle_stay-78139

Früher dachte man, dass die rotierenden Räder des Fahrrads durch Kreiseleffekte für Stabilität sorgen; und dass der "Nachlauf" (der Abstand, um den der Aufstandspunkt des Vorderrads hinter der Lenkachse nachläuft, eine wichtige Rolle spielt).

Jedoch:

Eine neue Studie in Science behauptet, das Problem gelöst zu haben – Kreiseleffekte und Nachlaufhilfe, sagt Forscher Dr. Arend Schwab von der 3mE-Fakultät der TU Delft, sind aber ab einer bestimmten Geschwindigkeit nicht mehr notwendig. In einem Artikel der Proceedings of the Royal Society aus dem Jahr 2007 (doi:10.1098/rspa.2007.1857) wurde damals ein mathematisches Modell mit etwa 25 physikalischen Parametern entwickelt, das anscheinend vorhersagte, ob und bei welchen Geschwindigkeiten ein bestimmtes Fahrraddesign verwendet werden würde stabil.

Die Autoren entwarfen und konstruierten ein Zwei-Massen-Skate-Fahrrad mit kleinen und gegenläufigen Rädern, was bedeutet, dass es keinen nennenswerten Kreiseleffekt und eine kleine negative Spur gibt (mit anderen Worten, wo sich der Kontaktpunkt des Vorderrads befindet). knapp vor der Lenkachse). Dennoch blieb das Fahrrad beim Bewegen stabil.

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