Fizyka jazdy na rowerze

1. Fizyka jazdy na rowerze Jan Mostowski Instytut Fizyki PAN Festiwal Nauki, Warszawa, 25 września 2011 r.

2. Historia roweru Wydawać by się mogło, że ,,nie ma nic prostszego niż rower''. A jednak nie został wymyślony od razu. Oto podstawowe fakty zhistorii roweru: 1817. Karl Friedrich Drais von Sauerbornn zbudował pierwszy rower, miał on dwa drewniane koła, skórzane siodło i drewnianą ramę.  Rower ten znajduje się obecnie w Muzeum Niemieckim (Deutsche Museum) w Monachium.

3. Pierwszy rower skonstruował BaronKarl Drais, (1817) nazwał go Laufmaschine

4. Rowerzysta odpychał się nogami od ziemi

5. Historia roweru, c.d. 1839. Pierwszy mechaniczny napęd na tylne koło skonstruował Kirkpatrick Macmillan (Szkocja). 1844. Gottlieb Mylus (Saksonia) zbudował pierwszy napęd korbowy.

6. Pierwsze napędy mechaniczne 1839 i 1869 Pierwsze rowery z napędem na tylne koła McCall i MacMillan

7. 1850. Bracia Pierre i Ernest Michaux (Francja) zbudowali rower z pedałami na przednim kole (nazywali ten rower ,,velocipede'').

8. Historia roweru c.d. 1869. Przekładnię łańcuchową i napęd na tylne koło zastosował Johann Friedrich Trefz (Niemcy). 1885. Pierwsze rowery ze stalowymi ramami zbudowała firmaHumber (Anglia). 1888. Zaczęto stosować gumowe opony i pneumatyczne dętki w kołach rowerowych.

9. Rower z jednym dużym kołem Rower z około 1870 roku w muzeum Skody

10. Rowery na przełomie 19. i 20. wieku Scenka rodzajowa z końca 19. wieku

11. Rower z Plymouth, początek 20. wieku

12. Historia roweru c.d. Około 1960 Alexander Moulton (Anglia) zbudował rowery składane (mieszczące się w bagażniku samochodowym). 1979. Pierwszy rower ,,górski'', zbudował amerykański kolarz Gary Fischer. Masową produkcję ,,górali'', w oparciu o przedwojenny model Schwimm-Excelsior, zaprojektował Joe Breeze.

13. Rower wyścigowy z końca 20. wieku

14. Współcześnie rowery służą też do przewożenia towarów

15. Skąd nazwa rower? Polska nazwa ,,rower'' nie ma odpowiednika w żadnym innym języku:angielskibicycle, niemiecki Fahrrad, francuski velocipede(velo) lub bicyclette, rosyjski велосипед Słowo rower pochodzi od nazwy brytyjskiej firmy ,,Rover'', która sprzedawała rowery na terenach polskich na przełomie XIX i XX wieku. Firma ,,Rover'' jeszcze istniała jeszcze kilka lat temu, produkowała samochody „Rover”. Według Wielkiego Słownika Angielsko-Polskiego Jana Stanisławskiego angielskie słowo ,,rover'' oznacza ,,wędrowiec, włóczęga''.

16. Części roweru

17. Rower jest najbardziej oszczędnym środkiem lokomocji! Energia transportu 1 kg na 1 km

18. Wydatek energetyczny Energia transportu 1 kg na 1 km

19. Dlaczego rower jest tak dobry? • Chodzenie – środek ciężkości człowieka musi być podnoszony przy każdym kroku, energochłonne • Rowerzysta – środek ciężkości stale na tej samej wysokości • Pracują najsilniejsze mięśnie człowieka • Niewielkie opory części mechanicznych

20. Jak szybko można jechać rowerem? • Normalna spokojna jazda to 15 – 20 km/godz. • Rekord prędkości (godzinna jazda) na płaskiej powierzchni – ok. 50 km/godz. • Prędkość ograniczają opory ruchu • Ruch za innym pojazdem zmniejsza opór powietrza, jazda w grupie

21. Opory ruchu rowerzysty • Przy większych prędkościach dominuje opór powietrza • Przy prędkości 50 km/godz. opór aerodynamiczny stanowi około 90% całości. • Znaczna część oporu, około 60%, to opór jaki stawia ciało rowerzysty • Zmniejszanie oporów – pozycja rowerzysty, kask i inne elementy ubioru, konstrukcja roweru (pełne koła)

22. Jak opór ruchu rośnie z prędkością

23. Jazda pod górę • Jazda pod górę jest trudniejsza niż wchodzenie • Nie musimy na górę wciągać ze sobą roweru. • Nawet gdy dysponujemy dobrymi przerzutkami, łatwiej jest podejść niż podjechać. • Musimy wykonać pracę przy podnoszeniu roweru na wysokość górki.

24. Jazda pod górę • Bez dużych przełożeń, podjechanie pod stromą górkę wymaga większego nacisku na pedały, niż jesteśmy w stanie dostarczyć. • Gdy nasz rower posiada ,,duże'' przerzutki, to do podjechania pod górkę może wystarczyć nawet bardzo niewielki nacisk na pedały, ale trzeba bardzo szybko nimi ,,kręcić''.

25. Jazda pod górę • Pod górę wjeżdżamy rowerem zazwyczaj szybciej, niż robimy to pieszo. • Szybkie kręcenie pedałami może nas zmęczyć. • Przy zwiększonym wysiłku organizm człowieka lepiej spisuje się podczas chodu (jest do tego celu stworzony) niż przy kręcenia pedałami roweru.

26. Rower jest stabilny!

27. Stabilność • Dlaczego rower nie przewraca się? • Trudne pytanie, bardzo złożona geometria • Prostsze zadanie: stabilność koła • Efekt żyroskopowy

28. Efekt żyroskopowy

29. Efekt żyroskopowy, c.d. Warunek stabilności: Prędkość musi być dostatecznie duża. Dla R=0.5m dostajemy

30. Stabilność roweru • Czy efekt żyroskopowy (koło przednie i tylne) może zapewnić stabilność roweru? • Stabilność ruchu roweru – proste prawa fizyczne (zwykła mechanika) • Trudna (złożona) geometria • Doświadczenie

31. Stabilność roweru: rower bez efektu żyroskopowego

32. Bez efektu żyroskopowego… …jedzie się równie łatwo…, ale bez rowerzysty rower łatwo przewraca się

33. Uproszczony schemat roweru

34. Niestabilny rower

35. Inny niestabilny rower

36. Stabilność roweru c.d. • Nachylenie do przodu osi widelca • Przedni widelec wygięty do przodu • Dodatnie (niewielkie) wyprzedzenie

37. Inny pojazd na dwóch kołach - Segway

38. Czy doczekamy czasów, że w Warszawie będzie można pożyczyć rower na ulicy? W niektórych miastach można

39. Dziękuję za uwagę Wsiądźmy na rowery i pojedźmy do domu