В недавно опубликованной книге «Наука о велосипеде» (Cycling Science) были рассказаны малоизвестные факты о нашем любимом транспорте. Некоторыми из них мы сейчас поделимся:
- Садясь на велосипед, человек становится самым эффективным существом на Земле в плане соотношения усилия и того количества движения, которое это усилие создаёт. Никакое другое живое существо на планете не тратит так мало энергии для своего передвижения. И это если рассматривать только езду по ровной поверхности. Когда же вы едете на байке под горку, энергия притяжения земли ещё больше снижает потребность в мышечных затратах, сводя их к минимуму.
Если взять одинаковое количество энергии, которое затрачивают велосипедист и пешеход, скорость первого окажется в три раза быстрее. При средней скорости ходьбы человек использует в 6 раз больше энергии, чем катаясь на велосипеде.
Бег в 4 раза превосходит по энергоёмкости велоспорт, и при этом даже самые подготовленные атлеты не смогут сравниться с классным велосипедистом. Усейн Болт на Берлинском чемпионате мира 2009 года бежал со скоростью 23,35 миль/час всего 10 секунд. Конькобежец Джереми Уотерспун установил мировой рекорд скорости в 32,87 миль/час на круге в 547 ярдов. Но ни один атлет не сможет при помощи мускульной энергии развить скорость 35,03 миль/час, как это сделал Крис Бордман на велодроме в Манчестере. Рекорд был поставлен в 1996 году.
- На первый взгляд звучит парадоксально, но чем больше людей ездит на велосипедах, тем безопаснее становится на дорогах. Причём это касается всех участников дорожного движения, включая водителей, которых порой так озадачивает растущее число велосипедов.
В Портленде, штат Орегон, в период с 1997 по 2007 год количество смертей в результате дорожных аварий снизилось с 46 до 28 в год, при этом количество велосипедных поездок возросло в 4 раза, достигнув 6% от общего числа поездок к 2007 году. Использование велосипедов в Голландии выросло на 45% с 1977 по 1997 годы, при этом количество смертных случаев среди велосипедистов сократилось на 40%. В Берлине в период 1990-2007 гг. доля велосипедных поездок удвоилась, достигнув 10% от общего их числа, а количество инцидентов с велосипедистами упало на 38%.
Феномен улучшения безопасности на дорогах с увеличением количества велосипедистов объясняется достаточно просто. Когда рост числа велосипедов становится очевиден, автолюбители начинают менять своё поведение и отношение к ним. Городские власти при этом разрабатывают более безопасную для велосипедистов дорожную инфраструктуру. Кроме того, когда часть водителей пересаживается на двухколёсный транспорт, то и машин на дорогах становится меньше. Соответственно, понижаются и шансы на неприятное столкновение с высокоскоростным транспортным средством.
Фото: Ola Dusegard/Getty Images - Подвеска призвана улучшать комфорт и качество езды, но платой за это является усложнение конструкции, более высокая цена и увеличение веса велосипеда. Пружинная система, поглощая часть энергии ездока, заставляет прикладывать больше усилий для продвижения вперёд. По этой причине системы подвески, которые были популярны в 19 веке, после появления пневматических покрышек практически исчезли на долгое время.
Сейчас подвеска опять входит в моду, благодаря развитию горного велосипеда. Сначала конструкторы разработали велосипед с передней амортизационной вилкой (хардтейл), а затем и модели горных байков с пружинной подвеской обоих колёс. Такие модели рассчитаны на езду по постоянно неровной и жёсткой поверхности.
В научных экспериментах были проанализированы преимущества и недостатки жёсткой рамы, хардтейла и системы полной подвески. В одной лаборатории было показано, что при преодолении кочки высотой около 6,5 см передняя подвеска снижает вертикальные силы на 37% и уменьшает горизонтальные силы на 27%. Именно горизонтальные силы замедляют движение, поэтому если уменьшить их более чем на 25%, то ездоку становится значительно легче двигаться на велосипеде.
Фото: Westend61/Getty Images - Удивительно, но велосипед может сохранять равновесие без ездока при скорости движения 13 км/ч и выше. Для этого должны быть выполнены несколько условий. Прежде всего, у велосипеда должно быть свободно управляемое переднее колесо. Во-вторых, чем более открыт угол вилки, тем устойчивее будет байк. Наконец, распределение массы руля и вилки также оказывает влияние на то, как рулевое управление реагирует на качание велосипеда. Например, байк, у которого корзина, расположенная на руле, заполнена тяжёлыми кирпичами, будет менее устойчив, чем байк, у которого с обеих сторон переднего колеса висят сумки с таким же весом.
Соединение вышеописанных трёх моментов в правильной пропорции создаёт условия для самостабилизирующейся динамики. Одним из объяснений этого странного феномена может служить то, что когда велосипед начинает наклоняться в одну сторону, изгибающий момент под действием силы тяжести меняет строго прямое движение переднего колеса, и велосипед начинает описывать круг. Но при этом со стороны поверхности дороги создаётся центростремительная сила, возвращающая колесо к строго прямому движению. Центростремительная сила приводит в действие также изгибающий момент, действующий на весь велосипед, и он выводит его из наклонного положения.
Фото: Alexey Bubryak/Getty Images - В 1817 году Карл Дрейс в германском Мангейме изобрёл свой «дэнди хорс», который стал предтечей современного велосипеда. Для постройки модели был использован ясень, популярный тогда среди изготовителей карет. У этого вида древесины прямое волокно, ему можно легко придать нужную форму и соединять фрагменты друг с другом. Кроме того, у ясеня очень хорошее соотношение прочности и веса.
С тех пор эволюция велосипедных рам шла параллельно с развитием материалов и технологии. При правильном сочетании компонентов сегодняшние рамы имеют достаточную прочность, лёгкость и жёсткость, что позволяет байкам нестись под горку на скорости до 80 км/ч, ездить по гальке или (в трюковом исполнении) спокойно приземляться после переворота в воздухе.
Производители рам используют различные металлы, полимеры и искусственные композитные материалы для того, чтобы велосипед мог ездить дальше, быстрее и дольше. Среди продвинутых способов производства можно упомянуть отливку труб из расплавленного металла с варьированием внутреннего диаметра для облегчения веса конструкции при сохранении характеристик прочности, также гидроформинг алюминия по профилю, заданному при помощи компьютера. Соединение и сборка частей из титана идёт с применением дуговой сварки с использованием вольфрамовых электродов в среде инертного газа. При производстве композитных материалов процесс полностью автоматизирован.
Первый «дэнди хорс» весил чуть более 20 килограммов. Сегодняшние велосипедные рамы настолько легки, что Международный союз велосипедистов (UCI) запрещает использовать во время велогонок модели весом легче 6,75 кг.
Фото: John Burke/Getty Images - Каждый велосипедист знает, сколько усилий приходится прикладывать, поднимаясь в горку. Но поистине вездесущим фактором, снижающим эффективность усилий ездока, является сопротивление воздуха. Сухой воздух при температуре плюс 21°С и атмосферном давлении, соответствующем нулевой отметке над уровнем моря, имеет плотность 0,075 фунтов на кубический дюйм. Хорошая аэродинамика велосипеда может лишь слегка снижать влияние этого фактора, но не более того.
Тем не менее, некоторые спортсмены и учёные не оставляют попыток преодолеть эту природную помеху. Велодром на Олимпиаде 2012 года в Лондоне был спроектирован таким образом, чтобы температура трека равнялась 27°С, благодаря чему воздух был более разреженным, повышая вероятность установления новых мировых рекордов. Что касается катания под открытым небом, то чем выше местность над уровнем моря, тем более разреженный там будет воздух. Во многом поэтому Дженни Лонго выбрала Мехико в качестве места для своих попыток побить мировой рекорд в часовой гонке в 1989 и 1996 годах. На высоте 2237 м плотность сухого воздуха при 15°С падает до 0,062 фунтов на кубический дюйм, что дало к скорости Лонго дополнительные 0,93 мили в час по сравнению с её другими попытками.
- Спортсмены среди велосипедистов должны верить в себя, но помнить также и о том, что наш мозг старается обмануть наше тело. Как показывают исследования, мозг старается не допустить, чтобы тело полностью исчерпало свой потенциал. Он посылает сигналы в виде ощущения усталости или боли, так как «думает», что, перейдя определённый порог усилий, наше тело подвергнется опасности. Однако профессиональные спортсмены знают из своего опыта, что они могут проигнорировать предупреждающие сигналы и ехать за пределами болевого порога, чтобы финишировать ещё быстрее.
Всё это означает, что хорошая психологическая подготовка так же важна для успеха на соревнованиях, как и физическая форма. Проиллюстрируем это на одном примере. Как-то проводилась «жаркая гонка» на велосипедах. При этом спортсмены, которым сообщили, что температура воздуха была ниже, чем на самом деле, ехали быстрее тех, кто знал настоящую температуру.
Современные исследования по спортивной психологии говорят также и о важности индивидуального подбора музыки, которую спортсмены слушают во время тренировок. Музыка ассоциируется с определёнными эмоциональными состояниями и при правильном подборе способна помочь спортсмену показать максимум своих возможностей во время соревнований.
Фото: Digital Vision/Getty Images
