Re: Тормоза
Теперь разберем саму физику процесса торможения.
Начнем с переднего тормоза.
Когда начинается процесс торможения, в точке контакта колеса с дорогой возникает сила Fs. Величина этой силы зависит от нагрузки на колесо, коэффициента сцепления и силы нажатия тормозных колодок. Велосипед начинает замедляться, появляется ускорение, вектор которого направлен назад, и, как следствие, сила инерции Fи. Эта сила направлена вперед, противоположно вектору ускорения. Сила инерции стремиться повернуть центр тяжести велосипеда и водителя (не нужно забывать про себя, любимого/любимую, поскольку наш вес намного больше веса собственно велосипеда) относительно точки «О» — места контакта тормозящего колеса с дорогой. Умножив эту силу на величину плеча относительно дороги, получим момент силы инерции:
Ми=Fи×Rи
Этот момент дополнительно нагружает переднее тормозящее колесо, позволяя реализовать бОльшую силу торможения, одновременно разгружая заднее колесо. Этому моменту противодействует момент от силы тяжести транспортного средства.
Мт=Fт×Rт
И как только Ми станет больше Мт, велосипед начнет опрокидываться через переднее колесо, при условии достаточно большой силы сцепления. Обратим внимание на траекторию движения центра масс при поворачивании велосипеда относительно точки «О». Как только заднее колесо оторвется от дороги, плечо силы инерции Rи будет увеличиваться, а плечо силы тяжести Rт уменьшаться. Опрокидывающий момент начинает расти лавинообразно, и остановить этот процесс можно только за счет уменьшения тормозной силы, то есть уменьшить нажатие на ручку тормоза. Опытный велосипедист это проделывает на «автомате», а новичок, судорожно вцепившийся в ручку тормоза, продолжает движение уже по баллистической траектории (не поэтому ли некоторые родители убирают трос переднего тормоза на велосипеде любимого чада?), рассмотрение которой не входит в нашу задачу… А если он еще и пристегнут к велосипеду туклипсами/контактами, то и велосипед последует его примеру.
Задний тормоз.
В общем, тут происходят те же процессы, что и при торможении передним тормозом, но точка приложения тормозной силы будет находиться уже на заднем колесе. Инерционные силы стремятся повернуть велосипед относительно точки «О», находящейся на заднем колесе, но этому перевороту препятствует переднее колесо. А поскольку на точке «О1» сколь-нибудь значительные силы торможения отсутствуют (не забываем, что тормозим одним задним тормозом), то опрокидывания не происходит, хотя заднее колесо частично разгружается и эффективность торможения падает. Поэтому и юз на заднем колесе возникает намного раньше, чем на переднем. Противодействует опрокидыванию велосипеда сила Fо – сила реакции опоры переднего колеса. По большому счету она немного не вертикальна, но, поскольку горизонтальная составляющая крайне мала, то ее можно не учитывать. Соответственно противодействующий инерционным силам момент определяется как произведение силы Fо на величину базы велосипеда:
Мо =Fо×Lб
Помните упоминание о форумном споре в самом начале? Разберемся с ним. Когда мы сидим на велосипеде, то мы контактируем с ним в трех местах – на седле, на руле и на педалях. Соответственно наш вес распределяется между этими тремя точками. В каком соотношении, в данном случае неважно. Если мы имеем велосипед с фривиллом (задний тормоз ручной), то часть веса F1, приходящаяся на педали, приложена к оси каретки. По-другому не получится, поскольку, как только на одном кривошипе увеличится сила, то он автоматически займет крайнее нижнее положение – положение устойчивого равновесия – на вертикальной прямой, проходящей через ось каретки. Когда же у нас имеется задний тормоз с приводом от педалей, то при торможении кривошип заклинивается относительно рамы и точка приложения сил F2 смещается на педаль, расположенную сзади. Соответственно и точка приложения веса велосипедиста на педали смещается назад на длину шатуна, догружая заднее (тормозящее!!) колесо. И величина дополнительной нагрузки тормозящего колеса напрямую зависит от силы нажатия на педаль. Этот эффект действительно имеет место быть. Я был весьма удивлен малой эффективностью заднего тормоза, пересев с синглспида на пятискоростной велосипед с фривиллом. И можно бы было списать это на изменение геометрии, ан нет – велосипед то остался тем же дорожным «Уралом», только без втулки Торпедо. Геометрия рамы и развесовка не изменились.
Торможение сразу двумя тормозами сочетает оба этих процесса, до момента начала отрыва заднего колеса от дороги – тут уж остается только один тормоз. Но в любом случае торможение двумя тормозами эффективнее торможения одним тормозом, поскольку используется весь вес транспортного средства для создания тормозного усилия. Умение правильно сочетать торможение одним или двумя тормозами (и каким из двух), приходит с опытом. Всегда необходимо помнить о возможности возникновения юза, особенно на переднем колесе. А он весьма вероятен на дорогах с низким коэффициентом сцепления (грунт, песок, мокрое покрытие)
В заключение немного про «оверруль». Как уже было сказано, в современный тормозной механизм заложен избыточный тормозной момент, который превышает силу сцепления покрышки с дорогой. Почему так? Отчасти из-за требований спорта, где эта избыточность нужна для снижения нагрузки на органы управления, отчасти из-за «расчетной среднестатистичности» велосипедиста. Как правило, при расчете берутся те усилия, которые может приложить к тормозной ручке не слишком сильный человек. А часто расчет делается на самого слабого (подростков). Понятно, что взрослая девушка, а тем более, взрослый мужчина, способны приложить усилие, существенно выше расчетного. В результате колесо блокируется. Если сила сцепления высокая, велосипед начинает переворачиваться через переднее колесо, если же силы сцепления для этого недостаточно, возникает юз. Обычно и то и другое на переднем колесе приводят к падению. Сам по себе юз колеса не страшен – вопреки форумным «страшилкам» сила торможения падает незначительно – на несколько процентов. Того, что осталось, вполне хватает для уверенной остановки. Но страдает управляемость велосипеда. Если юз возникает на заднем колесе, с последствиями его возникновения (занос) более-менее опытный велосипедист легко справляется. Некоторые это даже считают своеобразным шиком. А вот с юзом переднего колеса справится не удастся – управляемость пропадает напрочь со всеми вытекающими последствиями…
