Велосипед это механизм или машина
Велосипед
Мускульная сила водителя
с середины XIX века [1]
частный транспорт на расстояниях до ≈400 км, спорт
велосипедные дорожки, велосипедные парковки
Правила дорожного движения России определяют велосипед как «транспортное средство, кроме инвалидных колясок, имеющее два колеса или более и приводимое в движение мускульной силой людей, находящихся на нём». [2]
Ныне во всём мире используются более миллиарда велосипедов, поэтому велосипед — самое распространённое транспортное средство. Он стал таковым благодаря низкой стоимости, лёгкости, малым размерам, отсутствию потребности в топливе, относительной безопасности и хорошим соотношением прикладываемых усилий к развиваемой на нём скорости.
В 2005 году по итогам опроса общественного мнения в Великобритании, велосипед был признан величайшим техническим изобретением с 1800 года. За велосипед проголосовало больше опрошенных, чем за все остальные изобретения, вместе взятые. [3]
Содержание
История
До 1817 года
Прототипом легенды, возможно, послужили крепостной изобретатель Е. Г. Кузнецов-Жепинский, действительно получивший вольную (вместе с племянником Артамоном) в 1801 году за свои изобретения. Однако Кузнецов сконструировал не велосипед, а дрожки с верстометром и музыкальным органом.
1817—1819
1820 и далее
В 1839—1840 кузнец Киркпатрик Макмиллан в маленькой деревушке на юге Шотландии усовершенствовал изобретение Дреза, добавив педали и седло. Таким образом, Макмиллан создал велосипед, похожий на современный. Педали толкали заднее колесо, с которым они были соединены металлическими стержнями посредством шатунов. Переднее колесо поворачивалось рулём, велосипедист сидел между передним и задним колесом. Велосипед Макмиллана опередил своё время и остался малоизвестным.
В 1845 году англичанин Р. У. Томпсон запатентовал надувную шину, но она оказалась технологически несовершенной.
В 1862 году Пьер Лалман (англ.), 19-летний мастер по изготовлению детских колясок из Нанси (Франция), увидел «денди-хорз» и придумал оснастить его педалями — на переднем колесе. Лалман ничего не знал о велосипеде Макмиллана, и на его машине педали нужно было крутить, а не толкать. В 1863 Лалман перебрался в Париж, где смастерил первый велосипед, напоминающий те, что нами любимы.
В 1864 году лионские промышленники братья Оливье оценили потенциал машины Лалмана и в сотрудничестве с каретным инженером Пьером Мишо начали массовый выпуск «денди-хорзов» с педалями. Мишо догадался сделать раму велосипеда металлической. По некоторым сведениям, Мишо и придумал для устройства название «велосипед». Поработав у Мишо-Оливье короткое время, Лалман отправился в Америку, где в ноябре 1866 запатентовал своё изобретение. Очевидно, Пьера Лалмана и стоит считать фактическим изобретателем велосипеда.
С 70-х годов XIX века стала приобретать популярность схема «пенни-фартинг». Название описывает соразмерность колёс, ибо монета пенни была намного больше фартинга. На втулке «пенни» — переднего колеса, были педали, и седло ездока было почти прямо сверху от них. Большая высота сидения и центр тяжести, смещённый к переднему колесу, делали такой велосипед весьма опасным. Альтернативой им были трёхколёсные самокаты.
 | Здесь ездок помещается на седле, расположенном прямо над большим колесом, от 130 до 160 см диаметра, а маленькое колесо расположено сзади. На неровной дороге такие В. опасны: ездок неудержимо опрокидывается головой вперед, если под колесо попадет какое-либо препятствие, способное значительно замедлить его движение. Поэтому придумали помещать седло далее назад и пониже; тут нужен уже очень сильный толчок, чтобы приподнять ездока и перекинуть его вперед. Но если ось отодвинута далеко вперед, то ездок не может действовать на педали с полною силою |  |
В 1867 году изобретателем Каупером была предложена удачная конструкция металлического колеса со спицами. В 1878-м году английский изобретатель Лоусон ввёл в конструкцию велосипеда цепную передачу.
В 1888 году шотландец Джон Бойд Данлоп изобрёл надувные шины из каучука. Они были технически совершеннее, чем запатентованные в 1845 году, и получили широкое распространение. После этого велосипеды избавились от клички «костотрясы». Это изобретение сделало езду на велосипедах намного удобнее, что способствовало их популяризации. [18] 1890-е годы назвали золотым веком велосипедов.
Хотя велосипеды 1890-х во многих отношениях были похожи на современные, но, так как они обычно делались из ржавеющей стали (нержавеющую сталь варить ещё не умели) и не были покрашены, то требовали трудоёмкого ухода (чистка, смазка, промывание бензином или керосином) после каждой поездки. Описание «обычной чистки велосипеда» в книге 1895 года занимает 4 страницы. [19]
В 1898 были изобретены педальные тормоза и механизм свободного хода, позволявший не вращать педали, когда велосипед катится сам. В те же годы изобрели и ручные тормоза, но широкое применение они нашли не сразу.
Первый складной велосипед сделан в 1878 году, первые алюминиевые — в 1890-х годах, а первый лигерад (иногда называемый рикамбент, велосипед, на котором можно ездить в лежачем положении) — в 1895 году (а в 1914 году началось массовое производство лигерадов фирмой «Пежо»).
К началу XX века относятся первые механизмы переключения скоростей. Однако они были несовершенными. Одним из первых способов переключения скоростей, применяемых на спортивных велосипедах, было оборудование заднего колеса двумя звёздочками — по одной с каждой стороны. Для переключения скорости надо было остановиться, снять заднее колесо и перевернуть его, вновь зафиксировав и натянув цепь. Планетарный механизм переключения передач изобретён в 1903 и стал популярным в 1930-е годы. Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобретён лишь в 1950 г. известным итальянским велогонщиком и производителем велосипедов Туллио Кампаньоло (Tullio Campagnolo).
Велосипеды продолжали совершенствоваться и во второй половине XX века. В 1974 году началось массовое производство велосипедов из титана, а в 1975 — из углепластика. В 1983 году был изобретён велокомпьютер. В начале 1990-х получили распространение системы индексного переключения скоростей.
В течение XX века интерес к велосипедам переживал свои пики и спады. Начиная примерно с 1905 года, велосипеды во многих странах, в частности в США, стали выходить из моды из-за развития автомобильного транспорта. Дорожная полиция часто относилась к велосипедистам как к помехе движению автомобилей. К 1940 году велосипеды в Северной Америке считались игрушками для детей. С конца 1960-х годов велосипеды снова вошли в моду в развитых странах, благодаря пропаганде здорового образа жизни и всеобщему осознанию важности экологических проблем.
В СССР в конце XX века наиболее распространёнными моделями велосипедов были (отсортированы по возрастанию размера): Дружок, Бабочка, Лёвушка, «Чемпион», Ветерок, Олимпик, Школьник, Орлёнок, Кросс, Кама, Десна, Салют, Уралец, Украина, «Минск», Аист, Урал, Турист, Спутник, Старт-шоссе. Существовало несколько моделей с отсоединяемыми боковыми колёсами — «Дружок», «Конёк-Горбунок» и «Мишка» (для детей).
Социальная роль
Общества велосипедистов добивались улучшения качества дорог. Примером такой организации является Лига Американских Любителей Колёсного Транспорта (League of American Wheelmen), в конце XIX века в США возглавлявшая и финансировавшая Движение за Хорошие Дороги (Good Roads Movement). Улучшение качества дорог также ускорило развитие автомобилей.
Велосипеды сыграли свою роль в эмансипации женщин. В частности, благодаря им в 1890-х в моду вошли женские шаровары, что помогло освободить женщин от корсетов и другой сковывающей одежды. Кроме того, благодаря велосипедам женщины обрели беспрецедентную мобильность. Так, например, знаменитая американская суфражистка Сюзан Энтони (1826—1906) заявила 2 февраля 1896 в интервью газете «New York World»:
Я думаю, что велосипед сделал больше для эмансипации женщин, чем всё остальное вместе взятое. Он даёт женщинам ощущение свободы и независимости. Сердце моё наполняется радостью всякий раз, когда я вижу женщину на велосипеде… это — зрелище свободной, неугнетённой женщины.
В рассказе Чехова «Человек в футляре» главный герой был настолько поражен видом женщины на велосипеде, что отказался на ней жениться.
В современном обществе езда на велосипеде не просто отражает определённое изменение стиля жизни, она означает своего рода социальный переворот.
— говорит профессор Факультета ландшафтной архитектуры Христианского университета Чжунъюань Дай Юнти. Он утверждает, что стимулирование использования велосипеда в густонаселённых тайваньских городах должно стать важной мерой по уменьшению выбросов в атмосферу парниковых газов, а велосипедисты становятся ближе к окружающей среде. [21]
Применение
Почтовые службы многих стран используют велосипеды с конца XIX века. Так, британская почта (англ. Royal Mail ) использует велосипеды с 1880-х. Общее количество почтальонов-велосипедистов составляет 37 000 в Великобритании, 27 500 в Германии, 10 500 в Венгрии.
Полиции многих стран используют велосипеды для патрулирования улиц, особенно в сельских районах. Велопатрули, как и велосипедная почта, появились в конце XIX века. К примеру, полиция английского графства Кент закупила 20 велосипедов в 1896 году, а к 1904 году число полицейских велопатрулей составило уже 129. Преимуществами велопатрулей является свобода от автомобильных пробок, возможность патрулировать в пешеходных зонах, возможность скрытно подобраться к подозреваемому.
В Великобритании велосипеды традиционно используются для доставки газет. Это позволяет брать на работу подростков, у которых ещё нет водительских прав. В бедных странах велосипеды иногда используются для доставки обедов.
Так же велосипеды используются в «скорой помощи» Лондона, Таллина и многих других городов, позволяя медикам быстрее добираться до пациентов по городским пробкам. [22] [23]
Даже автомобильная индустрия использует велосипеды. На заводе «Мерседес-Бенц» (нем. Mercedes-Benz ) в Зиндельфингене (нем. Sindelfingen ), Германия, рабочие передвигаются по территории завода на велосипедах. У каждого отдела — велосипеды своего цвета. [24]
Велосипеды использовались в военном деле. В ходе англо-бурской войны (1899—1902) обе стороны (Великобритания и южноафриканские республики) использовали велосипеды в разведке и для доставки сообщений. Специальные части патрулировали железные дороги на велодрезинах. В первой мировой войне обе стороны активно использовали велосипеды в разведке, для доставки сообщений, для транспортировки пострадавших (смотри статью Самокатчики). Япония успешно использовала велосипеды для вторжения в Китай в 1937 году и для вторжения в Сингапур через Малайзию в 1941.В вермахте велосипедами были оснащены самокатные роты, входившие в состав разведывательных батальонов всех пехотных дивизий. Велосипеды позволяли скрытно и внезапно перебросить тысячи солдат, застав противника врасплох. Кроме того, они не требовали ни грузовиков для своей переброски, ни дефицитного топлива. Союзники использовали в своих операциях парашютистов, экипированных складными велосипедами. Велосипеды использовались партизанами для перевозки грузов в ходе вьетнамской войны. В Швеции велосипедные войска просуществовали до 2001, а в Швейцарии — до 2003. По некоторым данным, велосипеды использовались американскими частями спецназа в ходе афганской кампании.
Велосипедные гонки
Кроме многодневных велогонок, есть и велогонки на короткие дистанции. В США популярны велогонки на дистанции до 5 км. В последнее десятилетие приобрели популярность велогонки на горных велосипедах — кросс-кантри. Близок к ним велокросс — гонки на велосипедах, очень похожих на шоссейные, по пересечённой местности. Для гонок на велодромах используются специальные трековые велосипеды, без переключения скоростей. Гонки, кроме того, делятся на индивидуальные и командные. Существует большое количество видов и дисциплин велосипедных гонок, в том числе и экстремальных.
Велосипеды в настоящее время
Европа
Современная популярность велосипеда в Европе — результат проводимой правительствами политики, так как популяризация велосипеда способствует разгрузке центров городов от автомобилей, улучшению экологической обстановки, а также улучшает здоровье людей.
Для популяризации велосипеда и велосипедного туризма принимаются следующие меры: устройство велосипедных дорожек и прочей инфраструктуры; меры, облегчающие использование велосипеда в сочетании с общественным транспортом (велосипедные стоянки, как правило, крытые, а зачастую и охраняемые, на вокзалах и автостанциях, оборудование пассажирских поездов специальными вагонами для пассажиров с велосипедами и тому подобное). По инициативе Европейской федерации велосипедистов ведётся создание сети паневропейских велосипедных трасс EuroVelo.
В Финляндии велосипеды повсеместно используются, несмотря на суровый климат. На них принято ездить и зимой [1].
В России велосипед распространён слабо, особенно в крупных городах. Например, в Москве этот вид транспорта не пользуется такой популярностью, как в Европе; даже летом.
Во многих странах восточной и юго-восточной Азии, таких как Китай, Индия и Индонезия, велосипед является одним из основных средств передвижения благодаря своей дешевизне. Однако использование велосипедов в азиатских странах, в частности в Китае и Индии, сокращается, благодаря тому, что их жители переходят на автомобили, мотоциклы и мопеды. Иногда власти принимают меры против велосипедного транспорта, поскольку он мешает движению автомобилей. Так, в декабре 2003 года в Шанхае движение велосипедов было временно запрещено.
Китай также является основным производителем велосипедов, в частности благодаря тому, что в последние десятилетия большинство велосипедных фирм перевели производство в эту страну. Порядка 95 % велосипедов производится в Китае.
Велосипедные рекорды
C момента создания велосипеда, производятся постоянные попытки определить предел скорости для разных велосипедных конструкций:
Устройство велосипеда
Велосипед классической конструкции состоит из рамы, шарнирно закреплённой на ней рулевой вилки с рулем и передним колесом, заднего колеса, седла на подседельном штыре, педалей с кривошипами (ошибочно называемыми шатунами), цепной передачи и тормозов. Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями — катафотами), звуковым сигналом, подставкой-«подножкой».
Колёса
Как правило, на велосипеде устанавливаются два колеса одинакового диаметра. Каждое колесо состоит из обода, который соединяется с втулкой с помощью спиц, резиновой камеры (она аналогична автомобильной, но более тонкая) и покрышки (шины) с протектором. Шире протектор у горных велосипедов, он уменьшает тормозной путь велосипеда и защищает камеру от проколов стеклами, гвоздями и т. д. при движении по асфальту.
Рама — часть велосипеда, к которой крепятся другие его компоненты — колёса, педали, седло, руль. По мнению многих, рама — самый главный и дорогостоящий компонент велосипеда [2].
Классическая рама состоит из труб, или перьев, образующих два треугольника — передний и задний, причём задний треугольник раздвоен и образует заднюю вилку для крепления заднего колеса. Такая форма обеспечивает наибольшую жёсткость рамы при минимальном её весе.
Передний треугольник образован подседельной трубой, соединяющей седло и каретку; нижней трубой, соединяющей каретку с рулевой колонкой; и верхней трубой, соединяющей рулевую колонку с подседельной трубой. Задний треугольник образован двумя парами труб, идущих от подседельной трубы и каретки к втулке заднего колеса.
Существуют рамы без верхней трубы или с верхней трубой, идущей рядом с нижней. Такие рамы называются открытыми. Открытая рама тяжелее закрытой с аналогичными характеристиками, но на велосипед с открытой рамой удобнее садиться и слезать. В прошлом велосипеды с открытой рамой использовались женщинами (можно было сесть на велосипед, будучи в юбке и не нарушая приличий), из-за чего их часто называют «женскими». Сейчас они популярны среди обоих полов.
Комфортабельность рамы и ходовые качества велосипеда зависит от мягкости материала. Мягкие рамы лучше поглощают вибрацию и имеют лучший накат (в тяжелом транспорте этот параметр называется «выбег») на неровных поверхностях. Жёсткие рамы позволяют передавать энергию от педалей к колёсам с меньшими потерями.
Рамы могут делаться из стали, сплавов алюминия, титана, магния, а также из углепластика (карбона).
Хорошие стальные рамы делают из хромомолибденовых сплавов. Рамы из хромомолибденовой стали (Cr-Mo steel) лишь немного тяжелее, чем алюминиевые, комфортабельны благодаря своей относительной мягкости и обладают отличными усталостными характеристиками. Если всё же стальная рама страдает от усталости материала, она даёт знать об этом скрипом и снижением жёсткости. Сейчас Cr-Mo используется в производстве рам для велосипедов ВМХ и туристских велосипедов (en:Touring bicycle). Также обширно используется в горных велосипедах, так как Cr-Mo обеспечивает достаточную жесткость и прочность.
Рамы из других марок стали (hi-ten, высокоуглеродистые) отличаются низкой прочностью и большим весом и используются только в дешёвых велосипедах.
Алюминиевые рамы легче стальных и жёстче. Благодаря этому они часто используются для гоночных моделей. Однако усталостные характеристики алюминия плохи.
Титановые рамы также весьма легки, но титан — достаточно дорогой металл, что часто является недостатком. Титановые рамы не боятся ни холода, ни жары, ни химических веществ, и практически вечны.
Магниевые рамы легки примерно так же, как титановые. Магний очень неустойчив к коррозии, поэтому такие рамы необходимо беречь от царапин. Кроме того, магний, как и алюминий, имеет плохие усталостные характеристики.
Рамы из углепластика (карбона) легче всех остальных, но очень дороги. Их главным недостатком, кроме цены, является хрупкость: карбон может быть повреждён сильным точечным ударом.
В настоящее время на большинстве велосипедов используются рамы из алюминиевых сплавов, вытеснившие стальные с массового рынка. Дорогие гоночные велосипеды используют либо алюминиевые рамы с карбоновыми задними перьями, либо полностью карбоновые. Другие материалы (титан, скандий, магний) — скорее, экзотика.
Вилка
Служит для соединения переднего колеса, руля и рамы. Может быть жёсткой или со встроенным амортизатором. Также на вилку крепятся тормоза, крыло, датчик скорости и другое вспомогательное оборудование.
Жёсткие вилки дешевле и легче.
Амортизационные вилки повышают комфортность езды по неровной поверхности, улучшают сцепление с дорогой на неровностях. Они более дорогие, тяжёлые, при педалировании поглощают часть энергии. Амортизационные вилки различаются принципом работы, ходом вилки, наличием различных настроек. Зачастую к таким настройкам относятся: Включение и выключение амортизирующих функций(это позволяет снизить потери энергии при вращении педаль) и регулировка амортизаторов.
Передача
Крутящий момент с оси каретки (вращаемой кривошипами с педалями) на заднее колесо обычно передаётся с помощью цепной передачи. Она состоит из ведущих звёзд, ведомых (задних) звёзд, собственно цепи и дополнительных механизмов. Совокупность ведущих звёзд называется системой, совокупность ведомых звёзд — кассетой.
В простейшем случае велосипед имеет только по одной ведущей и ведомой звезде. Однако максимальную мощность человек развивает при достаточно узком диапазоне усилий, поэтому многие велосипеды оборудованы механизмами переключения скоростей.
Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобрёл известный итальянский велосипедист Туллио Кампаньоло (en:Tullio Campagnolo) в 1950 г. Звезды (как сзади, так и спереди) смонтированы в блоки, и переключение осуществляется с помощью бокового смещения цепи направлением её на нужную звезду. Чтобы обеспечить равномерное натяжение цепи при разных передаточных отношениях, задний переключатель оборудован специальным устройством натяжения. Велосипед может иметь от 3 до 11 ведомых звёздочек и 1—3 передних, что позволяет обеспечить до 33 передач. Впрочем, передачи зачастую частично пересекаются (например, положения 48/16 и 36/12 эквивалентны); но такое пересечение необходимо для более удобного и плавного переключения. Кроме того, эффективность передач не одинакова: при большом перекосе цепи (например, с первой передней на последнюю заднюю звезды) трение и износ цепи сильно возрастает, потому такими передачами активно пользоваться не рекомендуется.
Переключатели управляются с помощью натяжения тросиков, которое регулируется специальными ручками переключения. У велосипедов до конца 1980-х — начала 90-х натяжение тросиков регулировалось плавно, из-за чего велосипедисту необходимо было самому определять положения, соответствующие переключению на очередную передачу. Позднее получили распространение системы индексного переключения, в которых механизм дискретно управляет перемещением тросика и, соответственно, переключателя. Само переключение осуществляется нажатием кнопок или дискретным перемещением рычагов.
Используется и планетарный механизм переключения передач, который целиком находится в задней втулке. По сравнению с внешним переключением его механический КПД несколько ниже [41] но он менее подвержен воздействию внешней среды и более удобен в обращении (в частности, позволяет переключать передачи, стоя на месте), поэтому активно применяется для городских и туристских велосипедов. В городских велосипедах из планетарных механизмов чаще всего применяются комбинированные трёхступенчатые и реже восьми- и одиннадцатиступенчатые, обеспечивающие переключение трёх, восьми или одиннадцати передач и тормоз. Долгое время трёхскоростные втулки являлись самыми лёгкими и отлаженными, но в последнее время японская фирма Shimano стала выпускать восьмискоростные модели, которые по их заявлениям отлажены лучше, чем трёхскоростные [3]. Втулки с планетарным механизмом переключения передач могут иметь вмонтированный тормоз, например, барабанный. Но существуют и облегчённые бестормозные втулки. Самые дорогие модели (например, скоростные втулки Ролофф) дают 14 передач, обеспечивая изменение передаточного соотношения более чем 500 %, но такие втулки имеют большой вес, порядка 2 килограммов.
Необходимо заметить, что отсутствие переключения передач не говорит о дешевизне велосипеда. Так, односкоростные велосипеды иногда применяются для экстремальных дисциплин («Дёрт», «Стрит») и некоторых видов велогонок (в частности, трековых) — как для увеличения КПД, так и для снижения массы.
Помимо цепной передачи неоднократно предпринимались попытки создать велосипед с вальным приводом, однако достаточно массово она стала применяться лишь в последние годы. Вальный привод имеет большую массу, но практически не требует обслуживания. [источник не указан 398 дней] Также при использовании вала отсутствует и такая традиционная для велосипеда проблема, как слетание цепи. Главный недостаток — поддерживаются только планетарные механизмы переключения. Несмотря на значительные преимущества в использовании в дорожных велосипедах вальная передача встречается ещё сравнительно редко. В простонародье такую передачу (привод) часто называют карданной, по аналогии с похожим узлом автомобилей, но в велосипедном вальном карданный вал практически не используется.
Также в последнее время появились серийные модели велосипедов с использованием шевронного ремня в качестве привода. Преимущества в отсутствии смазки и шума, меньшей массы, большей прочности и большего ресурса по сравнению с цепью. Недостатки, как и у вальных систем, поддерживаются только планетарные механизмы переключения. Но, главное, что ремень можно установить толко на специализированную раму с размыкаемым (обычно правым верхним) пером, так как сам ремень не разъёмный.
Тормоза
Тормоза бывают ободными (клещи, консольные, v-brake), дисковыми и барабанными. В прошлом существовали также вариации тормоза, действующие непосредственно на шину («Современный велосипед, выбор его и применение» — 1895 г., стр. 152). Также в качестве особой разновидности тормоза можно рассматривать режим рекуперативного торможения у некоторых электровелосипедов.
В дисковых тормозах усилие прикладывается к специальному диску, они имеют много преимуществ перед ободными:
В ободных тормозах усилие прикладывается к ободу колеса. Они обладают своими преимуществами перед дисковыми тормозами:
В барабанных тормозах тормозной механизм находится внутри втулки ведущего колеса, тормозное усилие прикладывается к внутренней поверхности корпуса втулки. Чаще всего приводятся в действие от педалей.
Большинство велосипедов оснащаются ручными тормозами, как наиболее безопасными и удобными. Также используются ножные тормоза, воздействующие на ведущее колесо.
По виду привода ручные тормоза делятся на механические (приводимые в движение тросиком) и гидравлические. Гидравлические обеспечивают большее тормозное усилие. Чаще используются в даунхиле, фрирайде, триале. В гидравлических тормозах используется минеральное масло или тормозная жидкость (DOT-4, DOT-5); поломку, в отличие от поломок механических тормозов, вне мастерской часто устранить нельзя, однако поломка качественного гидравлического тормоза крайне редка при правильном обслуживании. Чаще всего гидравлический привод используется для дисковых тормозов.
Ножные тормоза приводятся в действие путём вращения педалей в обратную сторону (противоположную рабочему). Такие тормоза имеют определённые преимущества, такие как защищенность от воды, грязи и снега (это обусловлено тем, что они спрятаны в задней втулке колеса), дешевы, неприхотливы в обслуживании. Но у таких тормозов есть и недостатки: действуют только на заднее (то есть ведущее) колесо, требуют определённого привыкания. Также педальный тормоз несовместим с классическим переключателем скоростей. Это ограничивает применение педального тормоза только велосипедами с одной передачей и велосипедами с планетарным переключателем передач. Иногда педальный тормоз дополняется передним ручным, обычно одного из ободных типов. Главный недостаток ножного тормоза — в случае слетания цепи задействовать тормоз невозможно, в этом случае резко повышается риск попадания в аварию. Впрочем, даже в этом случае при известной сноровке можно аварийно остановиться при помощи ног, заваливания велосипеда набок либо поставив ногу на переднее колесо перед вилкой (если не стоит переднее крыло).
При использовании ручных тормозов следует нажимать оба рычага одновременно и плавно, без рывков. Передний тормоз допускает бо́льшую силу торможения без блокировки колеса из-за высокого расположения центра масс и перераспределении нагрузки на переднее колесо при торможении. Но на переднем колесе, в отличие от заднего, нельзя допускать полную блокировку колеса — это приведёт к падению вперёд через руль, в то время как с заблокированным задним колесом можно удерживать равновесие, спускаясь, например, с крутого холма. Также резкое нажатие на рычаг переднего тормоза крайне опасно при прохождении поворота: срыв на юз переднего колеса (что случается на влажной или пыльной дороге) быстротечен, его практически невозможно выровнять и это грозит падением. Поэтому начинающим велосипедистам нажимать рычаг переднего тормоза раньше заднего опасно. Для экстренного торможения опытные велосипедисты смещают тело назад по ходу движения (свешиваются за седло), насколько это возможно, и уже тогда сильно выжимают рычаг переднего тормоза. Либо применяется блокировка заднего колеса с поворотом велосипеда перпендикулярно направлению движения и завалом на бок.
Также стоит отметить, что при правильном использовании дисковых или клещевых тормозов передние тормозные колодки изнашиваются быстрее задних. Кроме этого, не рекомендуется применять торможение задним тормозом с юзом, так как это может быть небезопасно и приводит к быстрому износу задней покрышки.
Седло
Седло является важной частью велосипеда: большинство проблем с комфортом связаны с неудобным седлом.
Широкие и мягкие сёдла менее удобны для педалирования, потому что мешают работе ягодичных мышц. Узкие жёсткие сёдла позволяют мышцам работать более правильно, что делает их более удобными при регулярной езде, особенно на большие дистанции. Однако с непривычки могут вызывать неприятные ощущения в области таза.
Помимо правильной формы седла, на комфорт и эффективность езды влияет правильная посадка, которая регулируется высотой подъёма подседельного штыря, а также наклоном и продольным положением седла. Иногда подседельный штырь может включать в себя амортизатор, смягчающий удары при езде по неровной поверхности.
Различают мужские и женские седла. Так же существуют сёдла с различными дополнениями, например, воздушные вырезы.
Педали
До недавнего времени фиксация ног на педалях осуществлялась преимущественно с помощью туклипсов — специальных скоб и ремешков, «привязывающих» ногу к педали. Туклипсы опасны тем, что при падении велосипедист может не успеть вынуть ногу. Современные велосипеды оборудуются «контактными» педалями, работающими как автоматический замок, который отстёгивается специальным движением ноги (например поворотом стопы на 15°-20° в горизонтальной плоскости).
Контактные педали требует специальных, совместимых с ними, велотуфлей, а, точнее, ответной части (шипов) совместимой системы. Для удобства педалирования подошва велотуфлей обычно делается жёсткой. В туристических моделях велотуфель, предназначенных для непродолжительных прогулок пешком, вокруг крепления шипа делают специальные выступы протектора, защищающие шип от стирания об асфальт, подошва таких велотуфель может быть более гибкой. Хождение в спортивных велотуфлях крайне неудобно и может их повредить.
Другие компоненты и принадлежности
Руль служит для управления велосипедом. С помощью выноса он крепится к вилке переднего колеса. Форма руля может быть различной и зависит от назначения велосипеда.
Звуковой сигнал (звонок или гудок) позволяет привлечь внимание в опасных ситуациях. Это особенно важно из-за того, что велосипед перемещается почти бесшумно и прохожие могут слишком поздно его заметить. В некоторых странах (в том числе и России) наличие звукового сигнала является обязательным при перемещении по дорогам.
Световозвращатели («катафоты») или фонари также являются обязательными во многих странах при движении в тёмное время суток. Обычно используется белый фонарь (или световозвращатель) спереди, красный — сзади; красные, жёлтые или оранжевые — на колёсах и педалях.
Велокомпьютер подсчитывает скорость и пройденное расстояние и другие параметры поездки. Для той же цели может быть использован GPS-приёмник.
Зеркало заднего вида повышает безопасность езды по дорогам общего пользования.
Велосипедный замок (противоугонный замок) позволяет оставлять велосипед без присмотра на улице или велосипедной стоянке, привязав к столбу, дереву, перилам, парковочным местам и др. В связи с этим велозамок расширяет возможные горизонты использования велосипеда. Замки различают по конструкции (жесткие, с тросом, с цепью), по способу запирания (на ключ или кодовый замок), по длине (в основном от полуметра до двух метров), толщине.
Велосипедный шлем наиболее важный (наряду с очками) вид защитного снаряжения велосипедиста.
Велосипедные трусы и штаны, в отличие от обычных, хорошо обтягивают тело (за исключением моделей для экстремальных дисциплин, таких, как фрирайд). Обычно они снабжены накладкой из мягкого материала («памперс»), защищающей промежность от возникновения потёртостей и смягчающей удары о седло. Велотрусы и велоштаны являются одновременно верхней и нижней одеждой, надевать под них нижнее белье (кроме термобелья в холодную погоду) не следует.
Велосипедные перчатки защищают ладони от истирания рулём. По этой причине при спортивной езде или езде на заметные расстояния (несколько десятков километров и более) это такая же необходимая вещь, как и велосипедные очки. Обычные велосипедные перчатки беспалые. При отрицательных температурах воздуха к функции велосипедных перчаток добавляется согревание — используются пятипалые, а также трёхпалые (попарно объединены указательный палец со средним и мизинец с безымянным) и типа «варежка».
Физика
| Седок на двухколесном В. находится в неустойчивом положении равновесия и должен все время балансировать, чтобы не упасть. Это делается с помощью руля: чувствуя, например, что велосипед наклоняется вправо, седок поворачивает руль в эту же сторону; благодаря быстроте движения нижняя часть велосипеда уклоняется вправо скорее, чем вышележащий центр тяжести системы под влиянием своей тяжести; таким образом, обыкновенно получается даже стремление упасть в обратную сторону, вызывающее новое движение руля налево. Поэтому велосипед оставляет на дороге всегда слегка волнистый след и не может ехать по узкой колее или по желобу рельса конно-железной дороги. При значительной скорости устойчивости велосипеда помогает гироскопическое действие быстро вращающихся колес (см. Гироскоп), у которых является, вследствие быстрого вращения, значительная сила, удерживающая постоянное направление оси вращения, как у волчка. | |
Для того, чтобы двухколёсный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколёсного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате передняя точка опоры смещается в сторону наклона и равновесие восстанавливается. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколёсный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем быстрее передняя точка опоры вернется в равновесное положение и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.
При повороте нужно вначале немного повернуть руль в противоположную сторону (наклонить велосипед в сторону, противоположную повороту), а затем в сторону поворота. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы.
Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли. Благодаря такой конструкции достигаются две цели [45] :
Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание, помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно без особых проблем ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.
Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить — расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определённый: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой — к колебательной неустойчивости, в частности — «шимми» (см. ниже). Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.
Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс верно лишь отчасти. Если скомпенсировать угловой момент переднего колеса установкой дополнительного колеса, вращающегося в противоположном направлении и не касающегося земли, на таком велосипеде легко можно ехать. Ехать, не касаясь руля руками, также возможно, хотя и труднее, чем на обычном велосипеде. [45]
На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/ч [источник не указан 463 дня] ) переднее колесо может испытывать скоростные виляния (speed wobbles) [4], или «вобблинг» — явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний — не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу.
На высоких скоростях для управления велосипедом можно применять приём контрруление, знакомый мотоциклистам. Для правого поворота кратковременно отталкиваем правую ручку руля от себя, в результате чего велосипед быстро наклоняется вправо (буквально «ныряет»), затем, при достижении нужного угла наклона, руль выравниваем и удерживая в таком положении — поворачиваем направо, после чего выравниваем велосипед или мотоцикл. Соответственно, если толкаем от себя левую ручку — поворачиваем налево. Основная цель контрруления — быстрое (менее чем за секунду) достижение нужного угла наклона велосипеда или мотоцикла для быстрого входа в поворот. В принципе, данный приём работает на любых скоростях от 10-15 км/ч и выше, то есть когда начинают проявляться гироскопические свойства [источник не указан 946 дней] колеса, которые помогают осуществлять и контролировать наклон и вхождение в поворот.
Езда на велосипеде эффективнее ходьбы (по затратам энергии на километр). При езде на велосипеде со скоростью 30 км/ч сжигается 15 ккал/км (килокалорий на километр), или 450 ккал/ч (килокалорий в час). При ходьбе со скоростью 5 км/ч сжигается 60 ккал/км или 300 ккал/ч, то есть езда на велосипеде в четыре раза эффективнее ходьбы по затратам энергии на единицу расстояния. Поскольку при езде на велосипеде расходуется больше калорий в час, она также является лучшей спортивной нагрузкой. При беге затраты калорий в час ещё выше. Необходимо учитывать, что ударные нагрузки при беге, а также неправильная езда на велосипеде (например, езда в гору на высоких передачах, переохлаждение коленей, обезвоженность организма и т. д.) могут травмировать коленные или голеностопные суставы. Тренированный мужчина, не являющийся профессиональным спортсменом, может в течение длительного времени развивать мощность 250 ватт, или 1/3 л. с. Это соответствует скорости 30—50 км/ч по ровной дороге.
Почему велосипед экономичней ходьбы
Эффективность ходьбы низкая, при каждом шаге теряется около 35 % кинетической энергии. При ходьбе происходит вертикальное перемещение общего центра масс, на которое уходит часть производимой мышцами работы. При езде в седле велосипеда этого не происходит.
Разные факты
Разновидности велосипедов
Согласно А. Н. Нарбуту, [55] профессору МАДИ и конструктору веломобилей, основными отличиями веломобиля от велосипеда, нужно считать: наличие обтекателя (полного или частичного); сиденье, наподобие автомобильного, но не велосипедное седло; и наличие не менее трех, не установленных в одну линию колес. Двух из трех указанных отличительных особенностей достаточно, чтобы назвать мускулоход веломобилем, а не велосипедом. [56]