Гипотеза 3. Эта гипотеза связана с особенностью конструктивного решения узла передней вилки велосипеда и диаметром переднего колеса. Практические испытания различных конструкций показали, что из всего их многообразия можно выделить такие решения, которые определяют устойчивость направленного движения системы гонщик-велосипед. Принципиально важным для конструкции рамы велосипеда является угол наклона оси рулевой колонки и изгиб передней вилки.

Устойчивость системы достигается почти во всех случаях, за исключением тех, когда совпадают точка пересечения оси рулевой колонки с поверхностью дороги (точка А) и точка пересечения плоскости дороги и вертикали, проходящей через ось переднего колеса (точка В), или точка В находится спереди точки А по направлению езды велосипеда.

Езда без рук на таком велосипеде невозможна, а нормальная управляемая рулем езда крайне затруднительна. Минимальное внешнее воздействие выводит систему из равновесия, и быстро нарастающий дестабилизирующий момент приводит к падению.

Гипотеза 4. Устойчивость системы обеспечивается гироскопическим эффектом. Первое правило при обучении езде на велосипеде гласит: поддерживай скорость движения и поворачивай руль в сторону падения. Этот эффект наблюдается при езде на велосипеде, когда руки убраны с руля, особенно это становится очевидным при спуске по извилистой дороге, когда для входа в очередной вираж достаточно наклонить корпус в сторону центра кривизны виража — и велосипед будет двигаться по криволинейной траектории, соответствующей скорости движения и наклону велосипеда.

Обобщая, можно сказать, что если под понятием «устойчивость движения» иметь в виду способность системы гонщик-велосипед сохранять заданную форму движения, то рассматриваемая система неустойчива в статике, а ее абсолютно прямолинейное движение невозможно. Траектории движения точек опоры (точек контакта колес с поверхностью дороги) колеблются относительно некоторой прямой линии, выбранной в качестве основного направления движения системы. Хорошо подтверждают это положение безуспешные попытки езды с заклиненной рулевой колонкой, хотя, казалось бы, именно при заклиненной колонке велосипед должен двигаться прямолинейно.

Источник: В.П.Любовицкий «Гоночные велосипеды», Л., Машиностроение, 1989, глава 8.

• ВОПРОС № 35: Что такое принцип неопределенности?

ОТВЕТ: В отличие от классической механики, где состояние частицы (или материальной точки) задается его положением х и импульсом р, квантовая механика описывает частицу с помощью, так называемой волновой функции (х). Нельзя сказать, что частица находится в такой-то точке х, она находится как бы везде, где не равна нулю волновая функция ?(х). Там, где ?(х) больше, там больше и вероятность обнаружить частицу. Скорость же частицы связана со скоростью изменения ?(х) в пространстве. Типичная волновая функция частицы ?(х) показана на рисунке справа: частица находится в центре, ее импульс обратно пропорционален длине волны ?,

Р = h/?,

где h — постоянная Планка, h = 6.6310– 34Дж с. Чем меньше длина волны, тем больше импульс частицы.

Неопределенность положения частицы ?х — это ширина горбика в волновой функции. Неопределенность импульса ?р связана с неопределенностью длины волны (мы не можем из волновой функции ?(х) определить длину волны точно). Чем меньше длин волн укладывается на горбике ?(х), тем хуже мы можем определить длину волны ? (см. рисунки).

Выберем какую-нибудь длину L порядка ширины горбика ах и посчитаем, сколько длин волн ? на ней уложилось:

N = L/?. Естественно, мы не можем однозначно утверждать, что там уложилось именно N волн, а не N+1 (или не N– 1). Во-первых, может уложиться нецелое количество волн, а, во-вторых, изменение числа волн на единицу может быть связано просто с изменением формы огибающей. Таким образом, неопределенность длины волны имеет порядок величины ?? порядка ?/N = ?2/L порядка ?2/?х.

Неопределенность импульса при этом ?р = h??/?2 порядка h/?х.

Таким образом, мы получаем известное соотношение неопределенностей ?х ?р ~ h, открытое великим немецким физиком Гайзенбергом (W.Heisenberg).

Степанов М.Г.

Подробнее в статье В.П.Крайнова «Соотношения неопределенности для энергии и времени» в «Соросовском образовательном журнале» № 5, 1998, стр.77–82.

• ВОПРОС № 36: Что такое квазар?

ОТВЕТ: Квазары — квазизвездные радиоисточники, внегалактические объекты уникально высокой светимости.

Первый квазар (ЗС48) был открыт в 1961 году. В результате точного измерения координат компактного радиоисточника, выполненных в 1961 году, источник был отождествлен с уникальным звездоподобным объектом 16 звездной величины, имеющим слабый красный выброс, направленный от источника. Несколько позже были получены спектры этого квазара и выяснилось, что он имеет значительное красное смещение спектральных линий. Это указывало на высокую скорость удаления квазара от нас.