Угол наклона. Центры тяжести. Векторы силы.
Термин “центробежная сила” («сentrifugal force») неверно отражает ситуацию с мотоциклом в поворотах.
В научной и технической литературе термин "центробежная сила" не используется, его называют просто прямолинейной инерцией. Однако существуют “центростремительные силы”. Это силы, противодействующие силе инерции и заставляющие движущееся тело следовать по криволинейной траектории.
Например, пресловутый мяч, который вращается на веревке.
Веревка воплощает в себе центростремительную силу, которая тянет внутрь. Инерция тянет мяч наружу. Если бы веревка порвалась, мяч, повинуясь инерции, улетел бы по прямой траектории.
В этой статье мы будем рассматривать силу инерции и силы поворота, как равно действующие на шину и шасси.
Инерция и мотоцикл в повороте.
Если на объект действует одна сила - он будет стремиться двигаться по прямой линии в том же направлении, что и приложенная сила.
Если же действуют одновременно две силы с двух разных направлений, объект будет стремиться двигаться под углом относительно объединенных двух сил. Это направление называется “Вектором силы”.
Это остается верным и для движущегося мотоцикла.
Когда мотоцикл движется по прямой траектории, на шасси, как правило, действует только одна сила - сила тяжести. Сила тяжести - это всегда прямая вертикальная сила, равная 1g. Она показана здесь в виде красной стрелки.
Когда мотоцикл поворачивает, на него действуют две основные силы: гравитация и инерция. Эти две силы объединяются и создают Вектор силы. Угол Вектора силы строго зависит от скорости и радиуса поворота. Например, если мотоцикл находится в повороте радиусом 400 футов и движется со скоростью 75 миль в час, то векторный угол всегда будет равен 45 °. Если мотоцикл движется со скоростью 100 миль в час на повороте радиусом 400 футов, его векторный угол будет равен 60 °.
Почему и когда следует использовать Положение Тела (ПТ).
Положение Тела - это ценный инструмент, который, когда это необходимо, должны использовать все хорошие райдеры для езды на треке и, в некоторой степени, для езды в городе. Ключевые слова, на которые следует обратить внимание, - "Когда это необходимо".
В этой статье, когда мы говорим о ПТ, мы говорим о перемещении нашего веса либо вправо, либо влево от центральной линии мотоцикла. Перемещение веса вперед или назад - это другая тема.
Существует много разных стилей посадки на мотоцикле, но все они направлены на достижение одного и того же результата.
Существует также много неправильных представлений и много преувеличений о влиянии ПТ.
У всех мотоциклов есть то, что я называю "Механическим пределом угла наклона":
1. Дорожный просвет шасси и/или
2. Край протектора шины.
Дорожный просвет.
Первым и наиболее очевидным ограничением угла наклона является дорожный просвет. Дорожный просвет - это механический предел того, насколько низко вы можете наклониться, прежде чем мотоцикл начнет цепляться за землю какими-то своими частями.
У современных мотоциклов, первым, обычно, начинает цепляться нижний обтекатель. В прошлые годы выхлопные трубы, глушители и/или подножки были первыми, что стиралось об асфальт. Дорожный просвет в то время был настолько ограничен, что мы чиркали деталями мотоцикла уже в небольших углах, еще задолго до потери сцепления покрышек (потери держака).
При этом агрессивное скольжение твердых частей мотоцикла по асфальту уменьшает общий вес, приходящийся на пятно контакта покрышки. А меньший вес на пятне контакта уменьшает доступное сцепление и позволят шине скользить.
В то время было потрачено много усилий по перемещению труб, подножек и т.д., для того чтобы улучшить наш дорожный просвет. Именно тогда начало развиваться искусство свешивания с мотоцикла. В конце концов мы получили достаточный дорожный просвет, чтобы решить вопрос держака.
Край покрышки
Некоторые мотоциклы имеют огромный дорожный просвет и могут наклоняться достаточно низко, чтобы гонщик мог оказаться на краю или выступе протектора. Это место, где встречаются протектор и боковина.
Проблема здесь заключается в том, что размер контактного пятна радикально уменьшается по площади поперечного сечения. Теперь у гонщика намного меньше площади поверхности, для того чтобы контролировать те же вес и нагрузку, что вызывает механические напряжения, высокое «соскальзывающее усилие», повышение температуры поверхности резины и т.д.
Этот небольшой контактный участок может начать рваться и/или крошиться. Часто это называют холодным разрывом.
Значительное уменьшение размера пятна контакта может так же привести к перегреву и чрезмерному размягчению резины, с последующим ее разрывом или плавлением. Пятно контакта при этом также начнет деформироваться и изменяться под воздействием повышенного напряжения.
Эта деформация может привести к неустойчивости мотоцкила. Нередко в такой ситуации шина «без предупреждения» внезапно и полностью срывается, заставляя гонщика поволноваться.
В результате превышения любого из пределов наклона шина, в конечном итоге, начнет скользить.
Какую функцию выполняет Позиция Тела (ПТ) на самом деле?
Давайте начнем с определений центров тяжести (ЦТ), применительно к движущемуся мотоциклу.
Рисунок 6 (A, B, C)
Общеизвестно, что у мотоцикла есть свой ЦТ, обозначенный красной точкой (A). У гонщика есть свой собственный ЦТ- зеленая точка (B). Два эти ЦТ являются неизменными.
Путаница с положением тела и центрами тяжести начинается, когда гонщик садится на мотоцикл.
Когда гонщик находится на мотоцикле, его ЦТ и ЦТ мотоцикла объединяются в "Комбинированный" или "Результирующий" Центр Тяжести (РЦТ) (Показан в виде оранжевой точки C). И важно понимать, что все силы, действующие на мотоцикл: сила тяжести, инерция и вектор силы будут действовать на РЦТ.
Рисунок 7 (А и В)
(A) Когда гонщик сидит прямо в стандартном положении для езды, а мотоцикл движется прямо, РЦТ центрируется на мотоцикле. Если мотоцикл движется по прямой, РЦТ всегда будет оставаться непосредственно над зоной контакта шины. Обратите внимание: все три ЦТ идеально выровнены. РЦТ всегда будет располагаться на прямой линии между ЦТ мотоцикла и ЦТ гонщика.
(B) Следующая позиция — это, вероятно, наиболее неправильно понимаемая динамика поведения сбалансированного мотоцикла и того, как работают Центры тяжести.
Если гонщик перенесет часть своего веса на одну сторону мотоцикла, сохраняя при этом движение мотоцикла по прямой линии, результирующий центр тяжести (РЦТ) все равно останется непосредственно над зоной контакта шины. Но, как вы можете увидеть, мотоцикл больше не будет стоять прямо, он будет отклоняться от гонщика. На каждый фунт веса тела гонщика перемещающегося в одну сторону, равное количество веса мотоцикла должно переместиться в другую сторону. Если мотоцикл движется по прямой, РЦТ всегда будет находиться прямо вертикально над пятном контакта шины, независимо от того, какое ПТ использует гонщик.
Это можно рассматривать как иллюстрацию Третьего закона Ньютона, “Действие - реакция”. Когда гонщик движется вправо - ”Действие“, следует ”Реакция" - движение мотоцикла влево.
Рисунок 9 (A, B, C)
При поворотах с одинаковым радиусом и скоростью линия, проведенная через Результирующий Центр Тяжести к пятну контакта покрышки, всегда будет образовывать один и тот же угол или вектор силы относительно горизонта, независимо от Положения Тела.
В этих трех примерах все мотоциклисты движутся с одинаковой скоростью и с одинаковым радиусом поворота.
A. Гонщик находится в “стандартном” (среднестатистическом для города) положении в повороте. Результирующий вектор силы находится под углом 45°. Обратите внимание, что центральная линия шасси мотоцикла и результирующий вектор силы находятся под одним и тем же углом.
B. Показывает гонщика на мотоцикле старого образца и тоже с “обычным положением тела”. Здесь результирующий вектор силы - оранжевая стрелка - также находится под углом 45°. Но обратите внимание, что центральная линия шасси - красная пунктирная линия - выпрямлена до 39°.
C. Показывает гонщика сидящего в современном “стиле Moto GP". Вектор силы этой системы также находится под углом 45°. Но шасси имеет наименьший угол наклона - 38°.
Когда гонщик перемещает часть своего веса внутрь поворота, единственное, что изменится, - это угол наклона мотоцикла относительно вертикали.
Чем больше веса гонщик смещает от центра, тем более вертикальное положение будет занимать мотоцикл в повороте.
При этом есть важный момент, на который следует обратить внимание: угол вектора силы не меняется при изменении Положения Тела. Результирующий вектор силы - это совокупная сила, передаваемая на пятно контакта шины. Положение Тела не изменяет вектор силы или нагрузку, которую испытывает шина. Угол результирующего вектора силы является результатом только скорости и радиуса.
При рассмотрении «Обычного положения тела» мотоциклиста и « Moto GP- положения тела» следует иметь в виду еще один момент.
Мотоцикл будет реагировать только на то, сколько веса смещено от центра и насколько далеко он смещен от центра. Байку все равно, что будет этим весом: голова гонщика, голова и плечи, средняя часть тела или ягодицы, колено или локоть; грудь направленная в поворот или грудь, направленная прямо вперед, голова вверх или голова вниз, или это шар для боулинга вывешенный в сторону.
“Мотоцикл реагирует только на то, СКОЛЬКО веса, и КАК ДАЛЕКО этот вес смещен от центра”.
И в «обычной посадке», и в «Moto-GP-посадке» достигается одна и та же цель одним и тем же методом: увеличение вертикальности байка, посредством перемещения веса.
Комментарии
Отправить комментарий