Victor Reshetnjak То, как давит на педаль гирька и как - нога - это далеко не одно и то же. Уровень упрощения модели - замена рассмотрения совместной работы тела гонщика, сверх упрощенной моделью "гирька на педали" и приводит к ложным выводам. Математика - язык. Именно так. И владение этим языком - необходимо. Но - недостаточно только владеть языком математики - необходимо и проверять гипотезы экспериментом. Физическим экспериментом. И очень внимательно следить и проверять свои рассуждения на возможность ошибки. В том числе - и натурным экспериментом. И если результат эксперимента не согласуется с теорией - то горе теории.
И относительно ОДНОЗНАЧНОГО расчета - увы и увы - что вы в мельницу математики заложите - то и получите. Если модель верна - и результат верен. А если в модель заложена, сознательно или бессознательно - ошибка - то и результат будет ошибочен. Поскольку в физике мы всегда имеем дело с неточными данными, с упрощенными моделями - то и точного результата не получим. Мы получим его лишь с некотрой точностью, не более того.
У самой трансмиссии, как у механизма, где не происходит преобразования энергии из одной формы в другую - На входе у нас механическая, и на выходе - тоже механическая, потери минимальны и определяются лишь трением во всех элементах, включая гистерезисные потери при упругих деформациях.
Всё это, в конце концов, превращается в тепло. Где горячо - там и потери. Нет нагрева - нет и потерь. Где механизм крадет энергию - там и масло горит
.
Потому рыться в механизме этой самой трансмиссии - достаточно бесперспективно. Выигрыш прячется не в самом кривошипе или линейном приводе, а в согласовании этого механизма и биомеханики человека.
Очень грубый пример - почему кирпич в среднем весит 3-4 кило? И имеет размер примерно 1/4*1/8*1/16 метра? По самой простой причине - его, такого веса и размера,средний человек уложит больше, чем более мелкого или более крупного. То же и с весом и размером любого инструмента - он оптимизирован под человека. И, естественно, и под выполняемую работу.
Так в работе Ярая, по рекламе своего вела, именно по рекламе - была сделана маленькая хитрость - в рассматриваемую модель было заложено ОГРАНИЧЕНИЕ давящей силы. Нижняя картинка получится из верхней не "раздуванием" синусоидального зуба до трапециидального, стремящегося к прямоугольному,
а "срезанием" верхушки этого зуба, условием ограничения силы. Отсюда - из аккуратного жульничества с условием сравнения КШМ и линейного, и неверным предположением о постоянной и направленной постоянно вниз силе, действующей на педаль КШМ и получено убедительная иллюстрация о его преимуществе. Да, в данном случае предложенная модель показывает, показывает, а не доказывает, что груз, поставленный на педаль линейного привода опустится быстрее (или - что момент, создаваемый постоянным грузом на шкиве постоянного радиуса, даст большее усилие, чем ТОТ ЖЕ ВЕС приложенный к педали КШМ. Ну так это и не требует доказательства - оно так и есть. А вот подтасовочка - есть. ПУТЬ по полуокружности больше чем путь по диаметру - А на картинке что - одно и то же основание что для почти прямоугольного зуба, что для синусоидального) педаль при вращении проходит больший путь с изменяющимся усилием, что для человеческой биомеханики выгоднее, чем при прямолинейном с постоянной нагрузкой.)
Так что при одинаковом масштабе по осям и честном выполнении эксперимента - в этой модели нет разницы меж совершаемой за равное время работой КШМ и линейного.
А с учетом того, что человечьи ноги имеют весьма значительную массу, работают совместно и в противофазе, прикладывают усилие далеко не только вертикально, то модель получается даже не на порядок сложнее, а как минимум на два.
Что не дает разогнать двс с КШМ до десятков тысяч оборотов? Да элементарно - силы инерции порвут. А вот турбина, с вращательным движением и тонкими и легкими лопатками крутится на таких оборотах, что ДВС равной мощи не сможет.
Kochegar На первой модели Ярая рычаги и были независимы и возвращала рычаг - пружина. На второй - соединительный трос заставлял педали ходить в противофазе, и тем выравнивать крутящий момент. Это - нижняя картинка. ДВЕ ноги работают в противофазе.
А на верхней почему то - одна нога
Реклама, господа - двигатель торговли.
При вращении педалей КШМ нога движется непрерывно, сустав под основанием большого пальца описывает круги, колено - что то вроде эллипса. Работают все мышцы ноги, и при этом не одновременно, Для каждой есть часть цикла, когда она расслабляется, а другие - работают. Разгон/торможение масс минимальны, ударные нагрузки на шарниры (суставы) тоже минимальны. Подготовленные велосипедисты как правило не давят на педаль всей силой своего веса, а постоянно прикладывают к ней силу, эквивалентную примерно 30-40% их веса.
В линейном приводе с прямолинейным, или близким к нему дугообразным возвратно поступательным движением ног больше и потери на разгоне/торможении ног, и неравномерность приложения усилия, и вытекающие из этого проблемы - большие абсолютные нагрузки на сами мышцы и на суставы.
Гениальность конструкции Пола Ярая в том, что он создал велосипед с изменяемым передаточным числом передачи, с возможностью включить в работу мышцы спины и живота, с лучшей аэродинамикой, чем современные ему конструкции, и избежать применения дорогих и дефицитных тогда деталей - цепей и звездочек, заменив их шкивом. Фактическим расходником его вела вместо недешевой и требовательной цепи и звезд стал тросик - штука очень доступная и дешевая. По необходимости, по бедности производства после первой мировой, был создан эрзац, в важнейшей части - биомеханической совместимости с человеком, лучший, чем многие его современники. Он действительно сделал из Г-на - конфету, но материал, всё ж таки подвел...
Очень жаль...
И в дополнение.
Советую самому произвести уже описанный мной эксперимент. Найти место, где есть лестница и проезжаемый на веле подъем, или просто найти и вымерять подъем на определенную высоту, что проезжаем на веле. Замерить время, потребное на то, чтобы подняться на веле, скажем на 30 метров по вертикали, это примерно 10 этажей, подобрать передачи, на которых это время окажется минимальным, причем желательно найти ту крутизну подъема, для которой наивыгоднейшая передача будет лежать не на краях диапазона передач вела, а ближе к середине. Ну и чтоб скорость была невелика, для минимизации потерь на сопротивление воздуха. Найдя наилучшее соотношение - определите время подъема. И условие - во всю мощь.
Аналогично, и с грузом равным весу вела - подъем по лестнице. И тоже замер времени.
Ноги на ступеньках - как аналог идеального линейного привода. Потерь на трение в отсутствующем механизме - нет. Ваша мощность - одна и та же.
А вот когда экспериментальный, на собственном опыте, результат будет получен - вот тогда возврат к теме линейного и прочей экзотики будет куда более интересным
Я то этот эксперимент и на себе делал, и не только на себе
Относительно вариации с загрузкой обратного хода ноги - в современном веле с кшм и контактными педалями, или в старинном, но с туклипсами именно это и реализовано. Круговое педалирование называется. В велосипеде Ярая это сложнне, но не намного - надо тоже сделать фиксацию ног на педалях. Это раз. И заменить тросики - зубчатыми рейками. Тросик то толкающее усилие не передаст.
Вот только результат будет скорее обратный желаемому.
Есть и более простое теоретическое решение - как на ручной дрезине. Куда бы не качали рычаг одно из храповых колес всегда передаст усилие на колесо. То же самое реализуется и ремнем, и тросом.
Если на веле Ярая продлить рычаг на тот же радиус за ось качания, и провести трос петлей через оба фривила на оба конца рычага- то этот эффект будет достигнут. Ездить конечно на таком рогатике будет затруднительно, но реализация технически возможна.
Вход
Регистрация
Очень точно описывающий процессы и дающий однозначно рассчитать будущие результаты.
И заставляют делать лишние движения. Попробуйте ехать двигая педалью возле НМТ а не по кругу. Двигать ногой вперед и назад и совсем не давить.
).