Велосипед

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Велосипед

Привод	Мускульная сила водителя
Период	с середины XIX века
Скорость	130 км/ч на ровной поверхности^[1]
Область применения	частный транспорт на расстояниях до ≈400 км, спорт
Инфраструктура	автомобильная дорога, велосипедная дорожка

Велосипе́д (из фр. vélocipède, от лат. velox — быстрый и pes — нога) — транспортное средство, приводимое в движение мускульной силой человека через ножные педали или (редко) через ручные рычаги. Большинство велосипедов имеют два колеса, но бывают и трёх-, и четырёх-, и даже одноколёсные велосипеды.

Правила дорожного движения России определяют велосипед как «транспортное средство, кроме инвалидных колясок, имеющее два колеса или более и приводимое в движение мускульной силой людей, находящихся на нём».

Ныне во всём мире используется более миллиарда велосипедов, поэтому велосипед — самое распространённое транспортное средство. Он стал таковым благодаря низкой стоимости, лёгкости, малым размерам, отсутствию потребности в топливе и относительной безопасности.

В 2005 году по итогам опроса общественного мнения в Великобритании, велосипед был признан величайшим техническим изобретением с 1800 года. За велосипед проголосовало больше опрошенных, чем за все остальные изобретения, вместе взятые. ^[2]

Содержание

1 История
- 1.1 До 1817 года
- 1.2 1817 год и далее
2 Социальная роль
3 Применение
4 Велосипедные гонки
5 Велосипеды в настоящее время
- 5.1 Европа
- 5.2 Азия
6 Устройство велосипеда
7 Физика
8 Разные факты
9 Разновидности велосипедов
10 См. также
11 Примечания
12 Ссылки

[править] История

[править] До 1817 года

Средневековое изображение херувима по «Видению пророка Иезекииля». 1156

Самокат якобы 1791 года, приписываемый графу де Сивраку (Comte de Sivrac) — фальсификация 1891 года

Сведения о велосипедах и самокатах до 1817 года неясны и противоречивы. Так, рисунок двухколёсного велосипеда с рулём и цепной передачей, приписываемый Леонардо да Винчи, или его ученику Джакомо Капротти, есть, по мнению многих, подделка ^[3]. Изображение в витраже церкви Stoke Poges, датируемое XVI или XVII веком, показывает ангела на чём-то вроде самоката. Но этот «самокат», скорее всего, был одноколёсной колесницей, ассоциируемой с херувимами и серафимами в средневековой иконографии. Самокат якобы 1791 года, приписываемый графу де Сивраку (Comte de Sivrac) — фальсификация 1891 года, выдуманная французским журналистом Луи Бодри. В действительности никакого графа де Сиврака не было, прототипом его стал Джин Хенри Сиврак, получивший в 1817 году разрешение на импорт четырёхколёсных экипажей.

Легендой, скорее всего, является и история о крепостном крестьянине Артамонове, который якобы сконструировал велосипед примерно в 1800 году. Согласно этой легенде, изобретатель совершил успешный пробег на своем велосипеде из уральского села Верхотурье в Москву (около двух тысяч верст). Это был первый в мире велопробег. В сие путешествие крепостного Артамонова послал его хозяин — владелец завода, который возжелал удивить царя Александра I «диковинным самокатом». За изобретение велосипеда Артамонову со всем его потомством была дарована свобода от крепостной зависимости. Велосипед хранится в краеведческом музее Нижнего Тагила.

Как показал химический анализ железа, велосипед из нижнетагильского музея сделан не ранее 1870 года. Что касается Артамонова, то он впервые упоминается в книге В. Д. Белова «Исторический очерк уральских горных заводов» (издание 1898 г., С.Петербург): «Во время коронования императора Павла, следовательно в 1801 г., мастеровой уральских заводов Артамонов бегал на изобретенном им велосипеде, за что по повелению императора получил свободу со всем потомством». В действительности Павел I короновался в 1797 году, а в 1801 — Александр I. Белов не приводит никаких ссылок на документы, подтверждающие его поразительную находку. Не найдены они и впоследствии. Никаких упоминаний об Артамонове не удалось найти ни в камер-фурьерских церемониальных журналах 1796, 1797 и 1801 годов, ни в «повестке по случаю кончины Его императорского величества государя императора Павла Петровича», ни в описании коронации Его императорского величества Александра Павловича, ни в «Списке о всех милостях, излиянных покойным государем Павлом 1 в день его коронации 5 апреля 1797 года», ни в архивах канцелярии Н. Н. Новосильцева, созданной в 1801 году и занимавшейся рассмотрением технических изобретений, ни в в подборке материалов о крепостных изобретателях, публиковавшейся в «Отечественных записках» П. П. Свиньина (1818—1830). Не найдено и никаких других документов, которые бы подтверждали рассказ Белова. Железный «велосипед Артомонова», демонстрировавшийся в одном из уральских музеев, оказался самоделкой конца XIX века, выполненной по английским образцам^[4] ^[5] ^[6].

Прототипом легенды, возможно, послужили крепостной изобретатель Е. Г. Кузнецов-Жепинский, действительно получивший вольную (вместе с племянником Артамоном) в 1801 году за свои изобретения. Однако Кузнецов сконструировал не велосипед, а дрожки с верстометром и музыкальным органом.

[править] 1817 год и далее

Эволюция велосипеда

Велосипед с деревянными колесами в стиле середины 19 века.

Хотя велосипед воспринимается нами как некое простое и гениальное целое (о чем свидетельствует поговорка «изобретать велосипед»), в реальности его изобрели как минимум в три приема.

В 1817 году немецкий профессор барон Карл фон Дрез из Карлсруэ создал первый двухколесный самокат, который он назвал «машиной для ходьбы». Он был снабжен рулем и выглядел в целом, как велосипед без педалей; рама была деревянной. Изобретение Дреза назвали в его честь дрезиной, и слово «дрезина» поныне осталось в русском языке. Возможной причиной изобретения стало то, что предыдущий, 1816 был «Годом без лета». Тогда Северное Полушарие постигла самая сильная климатическая аномалия в истории, что катастрофически сказалось на урожае, вызвало голод и снизило поголовье лошадей. В 1818 году в Баден-Бадене фон Дрез получил «Großherzogliches Privileg» (тогдашний аналог патента) на свое изобретение. Вскоре машина Дреза завоевала популярность в Великобритании, где стала называться «денди-хорз».

В 1839—1840 кузнец Киркпатрик Макмиллан в маленькой деревушке на юге Шотландии усовершенствовал изобретение Дреза, добавив педали и седло. Выходит, Макмиллан и создал первый велосипед. Педали толкали заднее колесо, с которым они были соединены металлическими стержнями посредством шатунов. Переднее колесо поворачивалось рулём, велосипедист сидел между передним и задним колесом. Велосипед Макмиллана опередил своё время и остался малоизвестным.

В 1845 году англичанин Р. У. Томпсон запатентовал надувную шину, но она оказалась технологически несовершенной.

В 1862 году Пьер Лалман, 19-летний мастер по изготовлению детских колясок из Нанси (Франция), увидел «денди-хорз» и придумал оснастить его педалями — на переднем колесе. Лалман ничего не знал о велосипеде Макмиллана, и на его машине педали нужно было крутить, а не толкать. В 1863 Лалман перебрался в Париж, где смастерил первый велосипед, напоминающий те, что нами любимы.

В 1864 году лионские промышленники братья Оливье оценили потенциал машины Лалмана и в сотрудничестве с каретным инженером Пьером Мишо начали массовый выпуск «денди-хорзов» с педалями. Мишо догадался сделать раму велосипеда металлической. По некоторым сведениям, Мишо и придумал для устройства название «велосипед». Поработав у Мишо-Оливье короткое время, Лалман отправился в Америку, где в ноябре 1866 запатентовал свое изобретение. Очевидно, Пьера Лалмана и стоит считать фактическим изобретателем велосипеда.

Велосипед «пенни-фартинг» в стиле XIX века

С 70-х годов XIX века стала приобретать популярность схема «пенни-фартинг». Название описывает соразмерность колёс, ибо монета пенни была намного больше фартинга. На втулке «пенни» — переднего колеса, были педали, и седло ездока было почти прямо сверху от них. Большая высота сидения и центр тяжести, смещённый к переднему колесу, делали такой велосипед весьма опасным. Альтернативой им были трёхколёсные самокаты.

Велосипед Лалмана, 1865 г.

В 1867 году изобретателем Каупером была предложена удачная конструкция металлического колеса со спицами. В 1878-м году английский изобретатель Лоусон ввёл в конструкцию велосипеда цепную передачу.

Первый велосипед, похожий на используемые в наши дни, назывался Rover — «Скиталец». Он был сделан в 1884 году английским изобретателем Джоном Кемпом Старли и выпускался с 1885 года. В отличие от велосипеда «пенни-фартинг», Ровер обладал цепной передачей на заднее колесо, одинаковыми по размеру колёсами, и водитель сидел между колёсами. Велосипед Старли получил название «безопасный велосипед» и стал так известен, что слово Rover во многих языках обозначает велосипед (польское Rower, белорусское Ровар). Фирма Rover стала огромным автомобильным концерном и просуществовала до 15 апреля 2005 г, когда была ликвидирована из-за банкротства.

Велосипедная прогулка. Акварель. Около 1887 г.

В 1888 году шотландец Джон Бойд Данлоп изобрёл надувные шины из каучука. Они были технически совершеннее, чем запатентованные в 1845 году, и получили широкое распространение. После этого велосипеды избавились от клички «костотрясы». Это изобретение сделало езду на велосипедах намного удобнее, что способствовало их популяризации. 1890-е годы назвали золотым веком велосипедов.

В 1898 были изобретены педальные тормоза и механизм свободного хода, позволявший не вращать педали, когда велосипед катится сам. В те же годы изобрели и ручные тормоза, но широкое применение они нашли не сразу.

Первый складной велосипед сделан в 1878 году, первые алюминиевые — в 1890-х годах, первый рикамбент (велосипед, на котором можно ездить в лежачем положении) — в 1895 году (а в 1914 году началось массовое производство рикамбентов фирмой «Пежо», первый велосипед с задней и передней подвесками — в 1915 году, для итальянской армии.

Велосипед «Старт-шоссе», выпускающийся с советских времен на Харьковском велосипедном заводе.

К началу XX века относятся первые механизмы переключения скоростей. Однако они были несовершенными. Одним из первых способов переключения скоростей, применяемых на спортивных велосипедах, было оборудование заднего колеса двумя звёздочками — по одной с каждой стороны. Для переключения скорости надо было остановиться, снять заднее колесо и перевернуть его, вновь зафиксировав и натянув цепь. Планетарный механизм переключения передач изобретён в 1903 и стал популярным в 1930-е годы. Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобретён лишь в 1950 г. известным итальянским велогонщиком и производителем велосипедов Туллио Кампаньоло (Tullio Campagnolo).

Велосипеды продолжали совершенствоваться и во второй половине XX века. В 1974 году началось массовое производство велосипедов из титана, а в 1975 — из углепластика. В 1983 году был изобретён велокомпьютер. В начале 1990-х получили распространение системы индексного переключения скоростей.

В течение XX века интерес к велосипедам переживал свои пики и спады. Начиная примерно с 1905 года, велосипеды во многих странах, в частности в США, стали выходить из моды из-за развития автомобильного транспорта. Дорожная полиция часто относилась к велосипедистам как к помехе движению автомобилей. К 1940 году велосипеды в Северной Америке считались игрушками для детей. С конца 1960-х годов велосипеды снова вошли в моду в развитых странах, благодаря пропаганде здорового образа жизни и всеобщему осознанию важности экологических проблем.

В СССР в конце XX века наиболее распространёнными моделями велосипедов были (отсортированы по возрастанию размера): Дружок, Лёвушка, Ветерок, Олимпик, Школьник, Орлёнок, Кама, Десна, Салют, Уралец, Украина, Аист, Урал, Турист, Старт-шоссе.

[править] Социальная роль

Реклама 1897 года. Велосипедистка изображена в шароварах.

Производство велосипедов сыграло большую роль в создании технической базы для других видов транспорта, прежде всего автомобилей и самолётов. Многие технологии металлообработки, разработанные для производства как велосипедных рам, так и других частей велосипедов (шайб, подшипников, зубчатых колёс), впоследствии использовались в производстве автомобилей и самолётов. Многие автомобильные фирмы, созданные в начале XX века (например, Ровер, Шкода, Morris Motor Company, Опель), начинали как велосипедные. Начинали как производители велосипедов также Братья Райт ^[7].

Общества велосипедистов добивались улучшения качества дорог. Примером такой организации является Лига Американских Любителей Колёсного Транспорта (League of American Wheelmen), в конце XIX века в США возглавлявшая и финансировавшая Движение за Хорошие Дороги (Good Roads Movement). Улучшение качества дорог также ускорило развитие автомобилей.

Велосипеды сыграли свою роль в эмансипации женщин. В частности, благодаря им в 1890-х в моду вошли женские шаровары, что помогло освободить женщин от корсетов и другой сковывающей одежды. Кроме того, благодаря велосипедам женщины обрели беспрецедентную мобильность. Так, например, знаменитая американская суфражистка Сюзан Энтони (1826—1906) заявила 2 февраля 1896 в интервью газете «New York World»:

Я думаю, что велосипед сделал больше для эмансипации женщин, чем всё остальное вместе взятое. Он даёт женщинам ощущение свободы и независимости. Сердце моё наполняется радостью всякий раз, когда я вижу женщину на велосипеде… это — зрелище свободной, неугнетённой женщины.

Велосипеды позволили сельским жителям чаще ездить в соседние деревни и города, благодаря чему участились браки между жителями разных населённых пунктов. Это улучшило генетическое здоровье населения благодаря гетерозису. Велосипеды уменьшили скученность в городах, позволив рабочим и служащим жить в пригородах, относительно далеко от места работы.

[править] Применение

Велотакси

Грузовой велосипед c Бидонами

Почтовые службы многих стран используют велосипеды с конца XIX века. Так, британская почта (англ. Royal Mail) использует велосипеды с 1880-х. Общее количество почтальонов-велосипедистов составляет 37 000 в Великобритании, 27 500 в Германии, 10 500 в Венгрии.

Полиции многих стран используют велосипеды для патрулирования улиц, особенно в сельских районах. Велопатрули, как и велосипедная почта, появились в конце XIX века. К примеру, полиция английского графства Кент закупила 20 велосипедов в 1896 году, а к 1904 году число полицейских велопатрулей составило уже 129. Преимуществами велопатрулей является свобода от автомобильных пробок, возможность патрулировать в пешеходных зонах, возможность скрытно подобраться к подозреваемому.

В Великобритании велосипеды традиционно используются для доставки газет. Это позволяет брать на работу подростков, у которых ещё нет водительских прав. В бедных странах велосипеды иногда используются для доставки обедов.

Даже автомобильная индустрия использует велосипеды. На заводе Мерседес-Бенц (нем. Mercedes-Benz) в Синдельфингене (нем. Sindelfingen), Германия, рабочие передвигаются по территории завода на велосипедах. У каждого отдела — велосипеды своего цвета.

Велосипеды использовались на войне. В ходе Второй бурской войны (1899—1902) обе стороны (Великобритания и южноафриканские республики) использовали велосипеды в разведке и для доставки сообщений. Специальные части патрулировали железные дороги на велодрезинах. В первой мировой войне обе стороны активно использовали велосипеды в разведке, для доставки сообщений, для транспортировки пострадавших. Япония успешно использовала велосипеды для вторжения в Китай в 1937 году и для вторжения в Сингапур через Малайзию в 1941.

Транспортировка плодов банана

Велосипеды позволяли скрытно и внезапно перебросить тысячи солдат, застав противника врасплох. Кроме того, они не требовали ни грузовиков для своей переброски, ни дефицитного топлива. Союзники использовали в своих операциях парашютистов, экипированных складными велосипедами. Велосипеды использовались партизанами для перевозки грузов в ходе вьетнамской войны. В Швеции велосипедные войска просуществовали до 2001, а в Швейцарии — до 2003. По некоторым данным, велосипеды использовались американскими частями спецназа в ходе афганской кампании.

В цирке на двухколёсных велосипедах ездят медведи и обезьяны, а на трёхколёсных — слоны. Чрезвычайно популярны и разнообразны также акробатические трюки с использованием велосипедов^[8].

[править] Велосипедные гонки

Велогонки начали проводиться сразу после изобретения велосипедов. Первые гонки проводились на велосипедах «пенни-фартинг» и других опасных велосипедах и часто приводили к травмам. С 1890-х стали популярными многодневные велогонки. К ним относится старейшая из велогонок, проводящихся до сих пор — 1200-километровая гонка «Париж-Брест-Париж», впервые прошедшая в 1891. Эта велогонка не состоит из этапов: секундомер включается на старте и выключается, когда спортсмен достиг финиша. Велосипедист сам решает, сколько времени ему тратить на сон. Велогонка «Тур де Франс» (Tour de France), проводящаяся с 1903 — самая популярная из всех велогонок и, возможно, из всех гонок вообще.

Кроме многодневных велогонок, есть и велогонки на короткие дистанции. В США популярны велогонки на дистанции до 5 км. В последнее десятилетие приобрели популярность велогонки на горных велосипедах — кросс-кантри. Близок к ним велокросс — гонки на велосипедах, очень похожих на шоссейные, по пересечённой местности. Для гонок на велодромах используются специальные трековые велосипеды, обычно без переключения скоростей.

Гонки, кроме того, делятся на индивидуальные и командные. Существует большое количество видов и дисциплин велосипедных гонок.

См. также веб-страничку об основных направления велосипедного спорта^[9].

[править] Велосипеды в настоящее время

[править] Европа

Грузовой велосипед в польше

В настоящее время велосипеды наиболее популярны в странах Северной и Западной Европы. Самая «велосипедная» страна Европы — Дания, средний житель этой страны проезжает за год на велосипеде 893 километра. Следом идут Нидерланды (853 км). В Бельгии и Германии средний житель проезжает за год на велосипеде около 300 километров. Наименее популярен велосипед в странах Южной Европы — среднестатистический испанец проезжает за год на велосипеде всего 20 километров ^[10].

Современная популярность велосипеда в Европе — результат проводимой правительствами политики, так как популяризация велосипеда способствует разгрузке центров городов от автомобилей, а также улучшает здоровье людей.

Для популяризации велосипеда принимаются следующие меры: устройство велосипедных дорожек и прочей инфраструктуры; меры, облегчающие использование велосипеда в сочетании с общественным транспортом (велосипедные стоянки, как правило, крытые, а зачастую и охраняемые, на вокзалах и автостанциях, оборудование пассажирских поездов специальными вагонами для пассажиров с велосипедами и тому подобное).

Во многих городах Европы велосипед можно взять напрокат на вокзале.

В Копенгагене можно взять велосипед напрокат бесплатно, причём на любой срок^[11]. Такие велосипеды под страхом штрафа запрещено использовать вне Копенгагена. Необычный дизайн и раскраска велосипедов не позволяют выдать их за собственные. Аналогичная программа есть в Хельсинки^[12]. Бесплатно арендовать велосипед можно и на территории парка Hoge Veluwe в Нидерландах, и в других местах.

В Амстердаме, называющем себя велосипедной столицей Европы, велосипеды можно взять напрокат не только на железнодорожной станции, но также и в пунктах проката, в большинстве велосипедных магазинов, во многих гостиницах. Есть даже специальная гостиница для велосипедистов, Van Ostade Bicycle Hotel^[13]. Можно арендовать водный велосипед^[14], велосипед-тандем и даже велосипед для 8 человек^[15] В этом городе велосипеды — обычное средство передвижения, куда более распространённое, чем автомобили.

[править] Азия

Во многих странах восточной и юго-восточной Азии, таких как Китай, Индия и Индонезия, велосипед является одним из основных средств передвижения благодаря своей дешевизне. Однако использование велосипедов в азиатских странах, в частности в Китае и Индии, сокращается, благодаря тому, что их жители переходят на автомобили, мотоциклы и мопеды. Иногда власти принимают меры против велосипедного транспорта, поскольку он мешает движению автомобилей. Так, в декабре 2003 года в Шанхае движение велосипедов было временно запрещено.

Китай также является основным производителем велосипедов, в частности благодаря тому что в последние десятилетия большинство велосипедных фирм перевели производство в эту страну. Порядка 95 % велосипедов производится в Китае.

В Израиле, как и в Амстердаме, есть велосипедный отель (Исротель Пундак Рамон в Мицпе-Рамоне), имеющий свою веломастерскую и проводящий велосипедные экскурсии^[16].

[править] Устройство велосипеда

Наименования узлов и деталей

Велосипед классической конструкции состоит из рамы, шарнирно закреплённой на ней рулевой вилки с рулем и передним колесом, заднего колеса, седла на подседельном штыре, педалей с кривошипами (а не шатунами, как указано на рисунке), цепной передачи и тормозов. Дополнительно велосипед может оборудоваться одним или двумя амортизаторами, багажником, светотехникой (лампами и/или световозвращателями), звуковым сигналом, подставкой-«подножкой».

[править] Рама

Основная статья: Велосипедная рама

Рама — часть велосипеда, к которой крепятся другие его компоненты — колёса, педали, седло, руль. По мнению многих, рама — самый главный и дорогостоящий компонент велосипеда [3].

Рама состоит из труб, или перьев, образующих два треугольника — передний и задний, причём задний треугольник раздвоен и образует заднюю вилку для крепления заднего колеса. Такая форма обеспечивает наибольшую жёсткость рамы при минимальном её весе.

Передний треугольник образован подседельной трубой, соединяющей седло и каретку; нижней трубой, соединяющей каретку с рулевой колонкой; и верхней трубой, соединяющей рулевую колонку с подседельной трубой. Задний треугольник образован двумя парами труб, идущих от подседельной трубы и каретки к втулке заднего колеса.

Существуют рамы без верхней трубы или с верхней трубой, идущей рядом с нижней. Такие рамы называются женскими. Женская рама тяжелее мужской с аналогичными характеристиками, но на велосипед с женской рамой удобнее садиться и слезать. В прошлом велосипеды с женской рамой использовались женщинами (можно было сесть на велосипед, будучи в юбке и не нарушая приличий), сейчас они популярны среди обоих полов.

Комфортабельность рамы и ходовые качества велосипеда зависит от мягкости материала. Мягкие рамы лучше поглощают вибрацию и имеют лучший накат на неровных поверхностях. Жёсткие рамы позволяют передавать энергию от педалей к колёсам с меньшими потерями.

Рамы могут делаться из стали, сплавов алюминия, титана, магния, молибдена, а также из углепластика (карбона).

Хорошие стальные рамы делают из хромомолибденовых сплавов. Рамы из хромомолибденовой стали (Cr-Mo steel) лишь немного тяжелее, чем алюминиевые, комфортабельны благодаря своей относительной мягкости и обладают отличными усталостными характеристиками. Если всё же стальная рама страдает от усталости материала, она даёт знать об этом скрипом и снижением жёсткости. Тем не менее, сейчас Cr-Mo широко используется только в производстве рам для велосипедов ВМХ.

Рамы из других марок стали (hi-ten, высокоуглеродистые) отличаются низкой прочностью и большим весом и используются только в дешёвых велосипедах.

Алюминиевые рамы легче стальных и жёстче. Благодаря этому они часто используются для гоночных моделей. Однако усталостные характеристики алюминия плохи; кроме того, алюминиевая рама, разрушающаяся от усталости материала, разрушается внезапно.

Титановые рамы также весьма легки, но титан — очень мягкий металл, что часто является недостатком. Титановые рамы не боятся ни холода, ни жары, ни химических веществ, и практически вечны.

Магниевые рамы легки примерно так же, как титановые. Магний очень неустойчив к коррозии, поэтому такие рамы необходимо беречь от царапин. Кроме того, магний, как и алюминий, имеет плохие усталостные характеристики.

Рамы из углепластика (карбона) легче всех остальных, но очень дороги. Их главным недостатком, кроме цены, является хрупкость: карбон может быть повреждён сильным точечным ударом. Кроме того, у карбона очень плохие усталостные характеристики — спортсмены предпочитают менять такие рамы не реже, чем раз в год.

В настоящее время на большинстве велосипедов используются рамы из алюминиевых сплавов, вытеснившие стальные с массового рынка. Дорогие гоночные велосипеды используют либо алюминиевые рамы с карбоновыми задними перьями, либо полностью карбоновые. Другие материалы (титан, скандий, магний) — скорее, экзотика.

[править] Цепная передача

Цепная передача

Ролофф-планетарный механизм переключения передач

Крутящий момент с педалей на заднее колесо передаётся с помощью цепной передачи. Она состоит из ведущих звезд, ведомых (задних) звезд, собственно цепи и дополнительных механизмов. Совокупность ведущих звёзд называется системой, совокупность ведомых звёзд — кассетой.

В простейшем случае велосипед имеет только по одной ведущей и ведомой звезде. Однако максимальную мощность человек развивает при достаточно узком диапазоне усилий, поэтому многие велосипеды оборудованы механизмами переключения скоростей.

Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобрёл известный итальянский велосипедист Туллио Кампаньоло (en:Tullio Campagnolo) в 1950 г. Звезды (как сзади, так и спереди) смонтированы в блоки, и переключение осуществляется с помощью бокового смещения цепи направлением её на нужную звезду. Чтобы обеспечить равномерное натяжение цепи при разных передаточных отношениях, задний переключатель оборудован специальным устройством натяжения. Велосипед может иметь от 3 до 10 ведомых звёздочек и 1—3 передних, что позволяет таким образом обеспечить до 30 передач. Впрочем, передачи зачастую частично пересекаются (например, положения 48/16 и 36/12 эквивалентны); но такое пересечение необходимо для более удобного и плавного переключения. Кроме того, эффективность передач не одинакова: при большом перекосе цепи (например, с первой передней на последнюю заднюю звезды) трение и износ цепи сильно возрастает, потому такими передачами активно пользоваться не рекомендуется.

Переключатели управляются с помощью натяжения тросиков, которое регулируется специальными ручками переключения. У велосипедов до конца 1980-х — начала 90-х натяжение тросиков регулировалось плавно, из-за чего велосипедисту необходимо было самому определять положения, соответствующие переключению на очередную передачу. Позднее получили распространение системы индексного переключения, в которых механизм дискретно управляет перемещением тросика и, соответственно, переключателя. Само переключение осуществляется нажатием кнопок или дискретным перемещением рычагов.

Существует и планетарный механизм переключения передач. Такой механизм целиком находится в задней втулке и обладает относительно низким механическим КПД. С другой стороны, он менее подвержен воздействию внешней среды и более удобен в обращении (в частности, позволяет переключать передачи, стоя на месте), поэтому активно применяется для городских и туристических велосипедов. В городских велосипедах из планетарных механизмов чаще всего применяются комбинированные трехступенчатые, обеспечивающие переключение трёх передач и тормоз; «трёхскоростные» втулки являются самыми лёгкими и отлаженными. Модели для туристических велосипедов позволяют получить 7-9 передач, вмонтированная тормозная система может быть разной (втулка, барабан или диск). Самые дорогие модели (например, скоростные втулки Ролофф) дают 14 передач, обеспечивая передаточное соотношение более 500 % — это больше, чем можно добиться, просто переключая звёзды; но и весят такие втулки немногим менее 2 килограмм.

Необходимо заметить, что отсутствие переключения передач не говорит о дешевизне велосипеда. Так, односкоростные велосипеды иногда применяются для экстремальных дисциплин («Дёрт», «Стрит») и некоторых видов велогонок (в частности, трековых) — как для увеличения КПД, так и для снижения массы.

[править] Тормоза

Большинство велосипедов обладают ручными тормозами, как наиболее безопасными и удобными. Они бывают ободными (клещи, консольные, v-brake), дисковыми и роллерными. Дисковые тормоза имеют много преимуществ перед ободными:

Они меньше засоряются при езде по грязи, так как расположены ближе к центру колеса. Ободные тормоза расположены с краю колёс и при их загрязнении сильно снижается эффективность торможения.
Качественные дисковые тормоза позволяют более плавно регулировать тормозные усилия.

Дисковые тормоза бывают механическими и гидравлическими. Гидравлические обеспечивают большее тормозное усилие. Чаще используются в даунхиле, фрирайде, триале. В гидравлических тормозах используется минеральное масло или тормозная жидкость (DOT-4, DOT-5); поломку, в отличие от поломок механических тормозов, вне мастерской часто устранить нельзя.

V-brake имеют свои преимущества перед дисковыми тормозами:

Тормозное усилие прикладывается к ободу, тем самым уменьшается нагрузка на спицы и втулку.
При длительном торможении (спуске с горы) v-brake гораздо меньше нагреваются, за счет большей площади обода по сравнению с тормозным диском.
V-brake очень неприхотливы, настройка практически не нужна и намного проще, в отличие от дисковых, которые часто нужно перестраивать после снятия колеса.

При использовании ручных тормозов необходимо нажимать оба рычага одновременно и плавно, без рывков. Передний тормоз эффективнее заднего при одинаковом тормозном усилии. Но на нём, в отличие от заднего, нельзя допускать полную блокировку колеса — это приведёт к падению, в то время как с заблокированным задним колесом можно удерживать равновесие, спускаясь, например, с крутого холма. Поэтому начинающим велосипедистам нажимать рычаг переднего тормоза раньше заднего опасно. Для экстренного торможения опытные велосипедисты смещают тело назад по ходу движения (свешиваются за седло), насколько это возможно, либо применяется блокировка заднего колеса с поворотом велосипеда перпендикулярно направлению движения и завалом на бок.

Ножной тормоз применяется в некоторых городских велосипедах. Для торможения необходимо вращать педали назад. Ножной тормоз не подвержен действию погоды и очень редко требует техобслуживания, потому что тормозной механизм спрятан в оси заднего колеса. Кроме того, в отличие от клещевых тормозов, нет опасности перегрева обода. Однако ножной тормоз тяжёл, требует остановки вращения педалей и не обеспечивает безопасности при разрыве или сходе цепи и при соскальзывании ног с педалей. Кроме того, ножной тормоз не совместим со стандартным механизмом переключения скоростей.

Иногда велосипед оборудуется как ножным тормозом, так и ручным.

[править] Седло

Седло является важной частью велосипеда: большинство проблем с комфортом связаны с неудобным седлом. Широкие и мягкие сёдла часто неудобны (хотя внешне кажутся удобными), потому что мешают работе ягодичных мышц. Помимо правильной формы седла, на комфорт и эффективность езды влияет правильная посадка, которая регулируется высотой подъёма подседельного штыря, а также наклоном и продольным положением седла.

Различают мужские и женские седла.

[править] Другие компоненты и принадлежности

Ось втулки с подшипниками

Руль служит для управления велосипедом. С помощью выноса он крепится к вилке переднего колеса. Форма руля может быть различной и зависит от назначения велосипеда.

Педали предназначены для передачи мускульного усилия на колеса. Для повышения эффективности педалирования существуют приспособления, обеспечивающие фиксацию ноги на педали, позволяя тем самым не только толкать, но и тянуть педаль. До недавнего времени это осуществлялось преимущественно с помощью туклипсов — специальных скоб и ремешков, «привязывающих» ногу к педали. Туклипсы опасны тем, что при падении велосипедист может не успеть вынуть ногу. Современные велосипеды оборудуются «контактными» педалями, работающими как автоматический замок. Контактные педали требует специальных, совместимых с ними, велотуфлей, а, точнее, ответной части (шипов) совместимой системы.

Звуковой сигнал (звонок или гудок) позволяет привлечь внимание в опасных ситуациях. Это особенно важно из-за того, что велосипед перемещается почти бесшумно и прохожие могут слишком поздно его заметить. В некоторых странах (в том числе и России) наличие звукового сигнала является обязательным при перемещении по дорогам.

Световозвращатели («катафоты») или фонари также являются обязательными во многих странах при движении в тёмное время суток. Обычно используется белый фонарь (или световозвращатель) спереди, красный — сзади; красные, жёлтые или оранжевые — на колёсах и педалях.

Велокомпьютер подсчитывает скорость и пройденное расстояние.

Зеркало заднего вида повышает безопасность езды по дорогам общего пользования.

Велосипедный шлем до некоторой степени защищает голову от ударов. Ношение велошлемов обязательно в Австралии и Новой Зеландии, во многих канадских провинциях, в некоторых графствах штата Вашингтон и для детей до определённого возраста — во многих американских штатах и практически во всех странах ЕС.

Степень защиты не следует преувеличивать. По проведённому в Австралии исследованию, велосипедный шлем предотвращает только 15 % травм головы [4].

Существуют противоречивые мнения о полезности шлемов. С одной стороны, даже единичная предотвращённая травма — это уже существенный эффект. С другой, среди противников использования велошлема есть мнение, что он может привносить ложное чувство безопасности, затруднять обзор. Поэтому некоторые велосипедисты и организации считают пользу шлемов сомнительной [5] [6].

Закон об обязательном ношении шлема, по некоторым данным, приводит к уменьшению числа велосипедистов. Так, количество велосипедистов в Мельбурне после введения закона уменьшилось на 29 % [7], на 30 % в штате Виктория [8] и на 20-40 % в других частях Канады и Австралии [9].

Британский учёный Иэн Уолкер обнаружил, что велосипедистам, носящих шлем, водители оставляют меньше места для проезда. В среднем водители приближались к велосипедисту на 8.5 см ближе. Количество водителей, проезжающих на расстоянии меньше метра от велосипедиста, увеличилось на 23 %, если велосипедист был в шлеме. [10] [11] По мнению Уолкера, это повышает риск несчастного случая.

Велосипедные трусы и штаны, в отличие от обычных, хорошо обтягивают тело (за исключением моделей для экстремальных дисциплин, таких, как фрирайд). Обычно они снабжены накладкой из мягкого материала («памперс»), защищающей промежность от возникновения потертостей и смягчающей удары о седло. Велотрусы и велоштаны являются одновременно верхней и нижней одеждой, надевать под них нижнее белье (кроме термобелья в холодную погоду) не следует.

[править] Физика

Для того, чтобы двухколесный велосипед не упал, нужно постоянно поддерживать равновесие. Поскольку площадь опоры велосипеда очень мала (в случае двухколесного велосипеда это всего лишь прямая, проведённая через две точки, в которых колеса касаются земли), такой велосипед может находиться только в динамическом равновесии. Это достигается с помощью подруливания: если велосипед наклоняется, велосипедист отклоняет руль в ту же сторону. В результате велосипед начинает поворачивать и центробежная сила возвращает велосипед в вертикальное положение. Этот процесс происходит непрерывно, поэтому двухколесный велосипед не может ехать строго прямо; если руль закрепить, велосипед обязательно упадёт. Чем выше скорость, тем больше центробежная сила и тем меньше нужно отклонять руль, чтобы поддерживать равновесие.

При повороте нужно наклонить велосипед в сторону поворота так, чтобы сумма силы тяжести и центробежной силы проходила через линию опоры. В противном случае центробежная сила опрокинет велосипед в противоположную сторону. Как и при движении по прямой, идеально сохранять такой наклон невозможно, и подруливание осуществляется точно так же, только положение динамического равновесия смещается с учётом возникшей центробежной силы.

Конструкция рулевого управления велосипеда облегчает поддержание равновесия. Ось вращения руля расположена не вертикально, а наклонена назад. Кроме того, она проходит ниже оси вращения переднего колеса и впереди той точки, где колесо касается земли. Благодаря такой конструкции достигаются две цели [12]:

При случайном отклонении переднего колеса движущегося велосипеда от нейтрального положения возникает момент силы трения относительно рулевой оси, который возвращает колесо обратно в нейтральное положение.
Если наклонить велосипед, возникает момент силы, поворачивающий переднее колесо в сторону наклона. Этот момент вызван силой реакции опоры. Она приложена к точке, в которой колесо касается земли и направлена вверх. Из-за того, что рулевая ось не проходит через эту точку, при наклоне велосипеда сила реакции опоры смещается относительно рулевой оси.

Таким образом, осуществляется автоматическое подруливание, помогающее поддерживать равновесие. Если велосипед случайно наклоняется, то переднее колесо поворачивается в ту же сторону, велосипед начинает поворачивать, центробежная сила возвращает его в вертикальное положение, а сила трения возвращает переднее колесо обратно в нейтральное положение. Благодаря этому, можно без особых проблем ехать на велосипеде «без рук». Велосипед сам поддерживает равновесие. Сместив центр тяжести в сторону, можно поддерживать постоянный наклон велосипеда и выполнить поворот.

Можно заметить, что способность велосипеда самостоятельно сохранять динамическое равновесие зависит от конструкции рулевой вилки. Определяющим является плечо реакции опоры колеса, то есть длина перпендикуляра, опущенного из точки касания колеса земли на ось вращения вилки; или, что эквивалентно, но проще измерить — расстояние от точки касания колеса до точки пересечения оси вращения вилки с землёй. Таким образом, для одного и того же колеса возникающий момент будет тем выше, чем больше наклон оси вращения вилки. Однако для достижения оптимальных динамических характеристик нужен не максимальный момент, а строго определенный: если слишком малый момент приведёт к трудности удержания равновесия, то слишком большой — к колебательной неустойчивости, в частности — «шимми» (см. ниже). Поэтому положение оси колеса относительно оси вилки тщательно выбирается при проектировании; многие велосипедные вилки имеют изгиб или просто смещение оси колеса вперёд для снижения избыточного компенсирующего момента.

Распространённое мнение о существенном влиянии гироскопического момента вращающихся колёс на поддержание равновесия является неправильным. ^{[источник?]}

На высоких скоростях (начиная примерно с 30 км/ч) переднее колесо может испытывать т. н. скоростные виляния (speed wobbles), или «шимми» — явление, хорошо известное в авиации. При этом явлении колесо самопроизвольно виляет вправо и влево. Скоростные виляния наиболее опасны при езде «без рук» (то есть когда велосипедист едет, не держась за руль). Причина скоростных виляний — не в плохой сборке или слабом креплении переднего колеса, они вызваны резонансом. Скоростные виляния легко погасить, снизив скорость или изменив позу, но если этого не сделать, они могут быть смертельно опасными.

На высоких скоростях для управления велосипедом можно применять прием контрруление, знакомый мотоциклистам. Плавно отталкиваем правую ручку руля от себя, и удерживаем в таком положении — поворачиваем направо. Толкаем левую от себя — поворачиваем налево.

Езда на велосипеде эффективнее (по затратам энергии на километр) как ходьбы, так и езды на автомобиле. При езде на велосипеде со скоростью 30 км/ч сжигается 15 ккал/км (кило калорий на километр), или 450 ккал/ч (килокалорий в час). При ходьбе со скоростью 5 км/ч сжигается 60 ккал/км или 300 ккал/ч, то есть езда на велосипеде в четыре раза эффективнее ходьбы по затратам энергии на единицу расстояния. Поскольку при езде на велосипеде расходуется больше калорий в час, она также является лучшей спортивной нагрузкой. При беге затраты калорий в час ещё выше. Необходимо учитывать, что ударные нагрузки при беге, а также неправильная езда на велосипеде (например, езда в гору на высоких передачах, переохлаждение коленей, отсутствие достаточного количества жидкости и т. д.) могут травмировать колени и голеностопный сустав. Тренированный мужчина, не являющийся профессиональным спортсменом, может в течение длительного времени развивать мощность 250 ватт, или 1/3 л. с. Это соответствует скорости 30—50 км/ч по ровной дороге. Женщина может развивать меньшую абсолютную мощность, но большую мощность на единицу веса. Поскольку на ровной дороге почти вся мощность расходуется на преодоление сопротивления воздуха, а при езде в гору основные затраты — на преодоление силы тяжести, женщины, при прочих равных условиях, едут медленнее по ровному месту и быстрее в гору.

Расход калорий необходимо рассчитывать на килограмм массы тела. 4 км/ч - 0,04; 10 км/ч - 0,07; 15 км/ч - 0,11; 20 км/ч - 0,14; 30 км/ч - 0,18; далее выбранный коэфф. умножить на массу тела, и мы получим расход калорий в минуту. Например я ехал 2,5 часа со средней скоростью 30 км.ч, мой вес 95 кг. итого 0,18*95*180=2565 ккал. Некоторые к собственной массе добавляют массу велосипеда, что достаточно спорно. В любом случае можно получить лишь приблизительные данные.

[править] Разные факты

Мнение, что езда на велосипеде приводит к импотенции, является спорным.

В действительности велосипедисты испытывают проблемы с потенцией в 2—3 раза реже, чем мужчины того же возраста в целом [13], хотя, по-видимому, немного чаще, чем пловцы.

В то же время, согласно данным доктора Стивена Шрайдера (Steven Schrader), «Регулярная езда на велосипедах с высоко поднятым удлинённым седлом зачастую приводит к различным нарушениям эрекции — к так называемой „дисфункции выпрямления“ и неспособности полового органа к сохранению возбуждённого состояния в течение длительного периода времени. По мнению доктора, при езде на узком и высоком седле (что характерно как для спортивных, так и для некоторых видов „комфортных“ велосипедов) у мужчин пережимаются основные кровеносные сосуды, что может спровоцировать сексуальную дисфункцию.» (Источник: «Journal of Sexual Medicine», сентябрь 2005, [14]). Однако ведущие велосипедисты выступили с заявлением, что «…никто из них никогда не испытывал проблем с сексом». (Источник: EroticNews [15])

По мнению бостонского врача Идвина Гольдстейна, велосипедист должен также опасаться травм. Он подсчитал, что при «аварии» на скорости 30 километров в час 70-килограммовый мужчина может получить удар рамой между ног силой в 250 килограммов. (Источник: газета «Труд» [16])

Подавляющее большинство людей садятся на велосипед с левой стороны, запрокидывая правую ногу. Это объясняется тем, что цепь и ведущие звёзды затрудняют посадку справа. Традиция же размещать цепь справа пришла из верховой езды, где посадка слева так же распространена, так как шпага, носимая у левого бедра, затрудняла посадку справа.

[править] Разновидности велосипедов

В сложенном состоянии он может перевозиться в легковой машине

Туристический велосипед

Инвалидный велосипед

4-ёхколёсный велосипед (Quadracycle)

См. также ^[17], ^[18].

Городские велосипеды предназначены для удобной езды по городу, где скорость менее важна, чем удобство. Посадка высокая, седло удобное и хорошо амортизировано, скорости можно переключать, стоя на месте, тормоз часто ножной. Основные части хорошо защищены от грязи, поэтому обслуживание требуется редко. Недостаток — тяжёлый корпус.

Шоссейные велосипеды предназначены для быстрой езды по асфальтированным дорогам. Им присущ тонкий и лёгкий корпус, гнутый нисходящий руль, узкие шины.

Горные велосипеды изначально предназначались для скоростного спуска с горы. В настоящее время, горным велосипедом называют любой велосипед, предназначенный для езды вне дорог. Для него характерно большое количество передач (обычно больше 20-и), широкие шины, мощные колёса, амортизационная вилка, гасящая удары, а часто и задняя подвеска.

Гибридные велосипеды — промежуточные между горными и шоссейными. У гибридных велосипедов диаметр колёс составляет 28 дюймов, как у шоссейных, но оборудование (трансмиссия, тормоза и т. п.) устанавливается такое же, как у горных.

Туристические велосипеды предназначены для велотуризма. Их корпус прочен, конструкция надёжна, они могут перевозить большие грузы. Туристические велосипеды ближе к шоссейным, чем к горным.

Складные велосипеды — велосипеды, которые складываются. В сложенном состоянии он может перевозиться в легковой машине, входит в лифт и его часто можно перевозить в поездах и электричках. Большинство складных велосипедов складываются только вдвое.

BMX (от Bike MotoCross) — велосипеды, предназначенные для выполнения трюков или участия в гонках по пересеченной местности. Отличаются малым размером (диаметр колеса — 20 дюймов).

Триальные велосипеды, на которых практикуется велотриал — экстремальная дисциплина, в которой задачей велосипедиста является прохождение трассы препятствий (брёвен, камней, блоков, ящиков и т. п.) по определённым правилам на время или на минимум штрафных очков. Конструкция их отличается от обычных велосипедов настолько, что это делает простую езду на таком велосипеде затруднительной. Как правило, полностью отсутствует седло (в большинстве современных специализированных триальных рам для седла даже не предусмотрено отверстие) и амортизаторы, каретка обычно находится выше линии соединяющей оси колес, всего одна низкая передача, широкие покрышки с ярко выраженным шипованным рельефом для увеличения сцепления, педали оборудованы шипами. Также устанавливаются специальные щитки под каретку (bashguard) или кольцо (rockring) на правый шатун для защиты от ударов при приземлении на кареточный узел. Часто предпринимаются специальные меры для максимального облегчения веса велосипеда — спиливаются ненужные выступы на раме, сверлятся отверстия в ободе, детали заменяются на изготовленные из более лёгких сплавов. Обычно триальные велосипеды оборудуются ободными гидравлическими тормозами. Триальные велосипеды, в основном, бывают двух видов — так называемые «стоковые» (stock) и «моды» (mod). Наиболее заметным отличием между ними является диаметр колёс: 26 дюймов у стоковых и 20 дюймов у модов. У модов также, как правило, более низкая рама, из-за чего их часто путают с BMX.

Гоночные велосипеды — разновидность шоссейных велосипедов, предназначенная для велогонок. Они снабжены узкими шинами, большим количеством скоростей, гнутым нисходящим рулём (то есть ручки руля опущены — это создаёт большую нагрузку на спину велосипедиста, но уменьшает сопротивление воздуха).

Трековые велосипеды используются в гонках по велотреку. Их задача — развить максимальную скорость на ровном треке. От гоночного они отличаются отсутствием многих «лишних» деталей, например, тормозов и переключения скоростей.

Электрический велосипед

Лигерад

Тандемы — велосипеды для 2 человек, снабжённые двумя парами педалей. Велосипедисты обычно сидят один позади другого, хотя в 1890-х годах выпускался тандем, в котором велосипедисты сидели рядом. Управляет передний велосипедист. Есть также велосипеды для 3 и более человек (был даже сделан велосипед для 40 человек).

Тандем для 8 человек

Велотакси в Амстердаме

Велорикша или велотакси — велосипед-такси. Велорикши есть в развивающихся странах и — как туристический аттракцион — в некоторых европейских и американских городах. В отличие от тандема, педали крутит только водитель.

Грузовой велосипед предназначен для перевозки грузов.

Лигерад (рикамбент, en:Recumbent bicycle, лежачий велосипед) позволяет велосипедисту ехать полулёжа или лёжа на спине, в редких случаях — на животе. Часть лежачих велосипедов — двухколёсные, часть — трёхколёсные. Лигерады быстрее обычных велосипедов из-за аэродинамичности, и по этой причине не допускаются на соревнования. (Есть специальные соревнования для лигерадов.) На 2004 год, часовой рекорд для лигерадов — 84 км 215 м, а для обычных — 49 км 441 м. Впервые лигерад использован на соревнованиях в 1933 году, в 1938 году их запретили в обычных велогонках. Другими преимуществами лигерадов является комфорт и отсутствие нагрузки на спину. Недостатками являются большой вес и размеры, высокая стоимость, медленный поворот и более трудная езда в гору (велосипедист не может встать на педали, чтобы надавить их всем своим весом). Есть и тандемные лежачие лигерады (один велосипедист полулежит, другой сидит).

Веломобиль

Веломобиль — лигерад с не менее чем 3 колёсами. Веломобили, как правило, имеют три колеса, и водитель сидит не на седле, а в автомобильном кресле. Часть веломобилей полностью закрыты. Многие современные веломобили, кроме педалей, могут приводиться в движение электродвигателями.

Водные велосипеды используются для прогулок. Но есть и гонки на водных велосипедах.

Летающие велосипеды (мускулолёты) — летательные аппараты, приводимые в движение педалями.

Железнодорожный велосипед (велодрезина) представляет собой четырёхколёсную тележку с педальным приводом для движения по железнодорожному пути. Снабжён одной или (чаще) двумя или четырьмя парами педалей, при этом велосипедисты сидят попарно плечом к плечу (как на водном велосипеде). Такие велосипеды используются в Европе на некоторых закрытых живописных железнодорожных линиях в качестве развлечения для туристов.

Клоунские велосипеды могут ездить как вперёд, так и назад.

Трёхколёсные велосипеды (трицикл) используются, как правило, маленькими детьми. Есть и взрослые модели для людей с нарушениями равновесия и другими проблемами. Кроме того, трёхколёсными часто делают лежачие велосипеды, веломобили, грузовые велосипеды и велорикши.

Велосипед с комбинированным ручным-ножным приводом

полу-велосипед

Юнисайкл (одноколёсный велосипед, уницикл) — транспортное средство, состоящее из: одного велосипедного колеса, жестко прикрепленных к нему шатунов с педалями, седла и рамы, соединяющей снизу (через подшипники) ось колеса и седло сверху. Юнисайкл требует балансировки в двух измерениях. Часто используется цирковыми артистами. Юнисайклы приобретают всё большую популярность как экстремальный спорт. Раз в два года проводятся чемпионаты по езде на юнисайкле, включая фигурное вождение, гонки на разные дистанции, хоккей и баскетбол на юнисайклах и другие виды спорта. Средний человек может научиться езде на юнисайкле за 10—15 часов.

Моноцикл — транспортное средство, в котором водитель находится внутри огромного колеса.