最近一些初騎摩托的朋友跟我討論到關(guān)于推胎/推把(Countersteering)的問題池摧。坦白講焦除,我一直都沒有認(rèn)真考慮過這個問題,只是憑感覺以傾斜身體為主來高速過彎作彤。所以這一次我就細(xì)致地思考和學(xué)習(xí)了它背后的物理知識膘魄,并在實踐中再次檢驗。
基本介紹
什么叫做Countersteering / 推胎 / 推把呢竭讳?
如上圖创葡,countersteering,顧名思義绢慢,“反向?qū)颉薄?Push left, go left; Push right, go right"最簡單直白地形容灿渴,便是左轉(zhuǎn)推左把手,右轉(zhuǎn)推右把手胰舆。下面圖中的車手骚露,進(jìn)入右彎,他推了右把手缚窿,從而使得前輪偏左:
Countersteering這件事情荸百,一定程度上違背我們的直覺,因為根據(jù)我們駕駛汽車和平時騎自行車的經(jīng)驗滨攻,打方向的手法應(yīng)當(dāng)是車頭方向同目標(biāo)方向一致——左轉(zhuǎn)時推右把手使得車頭往左,右轉(zhuǎn)時推左把手使得車頭向右蓝翰。根據(jù)直覺來說光绕,如果不推把手,那在兩輪車上畜份,我們也應(yīng)當(dāng)是采取偏移重心(車/身體)向目標(biāo)方向的做法——左轉(zhuǎn)時左傾诞帐,右轉(zhuǎn)時右傾,而不是反直覺地countersteer爆雹。不過停蕉,如果不counterintuitive,這個技巧也不會叫countersteering了钙态。
但其實客觀來講慧起,推胎這件事,我們可能或多或少都做過或者見過册倒,比如下面這張圖:
這位工作人員通過左推把手實現(xiàn)了左轉(zhuǎn)蚓挤,這便是非常典型的coutersteering。大家是否能回想起來自己自己有時候高速騎車/玩滑板車的時候,想要左轉(zhuǎn)灿意,卻一剎那間有些出乎意料的脫離控制的時候呢估灿?那便多半就是我們第一次體會到countersteering/推胎的時候。
物理原理
傾角
傾斜身體缤剧,移動重心來過彎是符合直覺也不無道理的馅袁。我們來簡單地復(fù)習(xí)一下初中物理。物體具有慣性荒辕,一個做勻速圓周運動的物體要保持勻速圓周運動而不是直線運動汗销,則需要外界的合力形成一個向心力F。微觀地看兄纺,物體的慣性會使得它從A運動到B大溜,而向心力(外界合力)使得它從B到C,從而保持在圓周上:
我們假設(shè)時間為delta t估脆,圓周半徑為r钦奋,速度表示為v,加速度表示為a疙赠,則有下面推導(dǎo)付材,得到向心力F=mv^2/r:
很顯然,我們現(xiàn)在看“勻速圓周運動”的視角圃阳,并不是一個慣性參考系厌衔,所以接下來的受力分析,我們需要引入一個離心力(=向心力mv^2/r)捍岳,才能繼續(xù)使用牛頓定律:
而很顯然富寿,下圖中的f1和f2也是需要相等才能受力平衡的:
因此有該角beta = arccot (v^2 / (gr)):
所以我們過彎的時候,速度v越大锣夹,所需要的傾角theta = (90-beta)也就越大页徐。從這個意義上講,與其說是我們通過傾斜來過彎银萍,不如說過彎如果要保持速度变勇,我們就不得不保持相當(dāng)?shù)膬A斜。
那么這一切跟推胎/countersteering又有什么關(guān)系呢贴唇?
Countersteering
Gyroscopic Effect 陀螺儀效應(yīng)
引用一個百度百科的解釋:重力對高速旋轉(zhuǎn)中的陀螺產(chǎn)生的對支撐點的力矩不會使其發(fā)生傾倒搀绣,而發(fā)生小角度的進(jìn)動。此即陀螺效應(yīng)戳气。進(jìn)動說一個自轉(zhuǎn)的物體受外力作用導(dǎo)致其自轉(zhuǎn)軸繞某一中心旋轉(zhuǎn)——注意链患,是轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
首先想象一個轉(zhuǎn)軸垂直的陀螺物咳,如果受到了水平方向的力使得支撐點不平衡锣险,它的陀螺儀效應(yīng)(進(jìn)動)很容易想象:
而更通俗地說蹄皱,我們可以認(rèn)為物體有一種保持原軸旋轉(zhuǎn)的慣性。而車輪旋轉(zhuǎn)速度越快芯肤,角速度越快巷折,則角動量(及動量矩)也就越大大磺,這種“慣性”就越大炭懊,也就越穩(wěn)定画切。這就是為什么高速騎行時栋盹,更容易保持平衡的原因弱恒。
Countersteering
在彎道行進(jìn)的摩托車裁替,如下圖所示铁瞒,向心力和重力分別會對車輪產(chǎn)生一個力矩势似,實現(xiàn)了平衡:
從這里我們便可以想象出推胎的原理了:比方說一個想右轉(zhuǎn)的車手歌豺,現(xiàn)在車體和身體都保持正直推穷,向前推了右車把,車頭偏左类咧,此刻向左的向心力則有了一個力矩馒铃,迫使車身向右傾斜,而這正是我們高速右轉(zhuǎn)所需要的痕惋。這也就是說区宇,因為左轉(zhuǎn)需要向左側(cè)傾斜,而在不傾斜的情況下值戳,一個向左轉(zhuǎn)的傾向(車頭)议谷,會使得車身向反方向(右)傾斜,為車手所利用堕虹,進(jìn)行轉(zhuǎn)向卧晓。
同時,因為陀螺儀效應(yīng)赴捞,我們轉(zhuǎn)動車頭(前胎)時禀崖,前輪產(chǎn)生進(jìn)動,這也是(向相反方向的)傾斜產(chǎn)生的一部分原因螟炫。
實際操作
比較常見的說法,是高速騎行時(比如說至少12英里每小時以上的速度)艺晴,countersteering才有必要使用昼钻。這是一種很直接的體會,但是并不準(zhǔn)確封寞。
根據(jù)上面的分析然评,我們已經(jīng)可以看到,countersteering的原理跟速度并沒有關(guān)系狈究,所以本質(zhì)上碗淌,低速運動時,countersteering也是可以使用的。但是我們?yōu)槭裁赐鶝]有注意到呢亿眠?容易想到碎罚,低速騎行時,保持速度過彎需要的傾角非常小纳像,我們很容易通過身體稍微傾斜來完成荆烈。并且,低速時我們會無意識地很頻繁地調(diào)整車頭竟趾,從而完全忽視了countersteering的存在憔购。
在實際的騎行之中運用countersteering是非常簡單的——只需要記住"Push left, go left; Push right, go right"并執(zhí)行就可以了。當(dāng)然岔帽,我們要把一個違反直覺的操作變成直覺玫鸟,這需要不斷的訓(xùn)練和用經(jīng)驗說服自己。
不得不說的是犀勒,掌握countersteering屎飘,并將其變成肌肉記憶,對于騎行安全是一個關(guān)鍵點账蓉。因為在過彎時如果速度非趁锻耄快,不論是因為入彎前減速不到位也好铸本,還是沒有預(yù)知到這個彎道也好肮雨,我們都需要維持一個更大的傾角來過彎——因為此時減速造成騎行不穩(wěn)定這一風(fēng)險其實更大。但是這一點在速度過快箱玷,我們有些失去冷靜的時候是很難做到的——本來就在一個狹窄的陡彎30mph地過彎怨规,沒有及時減速的騎手有些失去了自信,此時還要往彎道相反的方向推車把锡足。在緊急關(guān)頭保持冷靜做出正確判斷波丰,是很難得的素質(zhì),所以我們最好的做法舶得,就是為自己培養(yǎng)出countersteering的本能掰烟,讓我們的應(yīng)急反應(yīng)成為正確反應(yīng)。