車輪の極端に小さい折りたたみ自転車が倒れてしまわない理由を教えてください。


力学の知識は高校までですが、回転する物体にジャイロ効果が発生することは知っています。自転車が倒れずに走れる理由は車輪のジャイロ効果があるためですね。しかし折りたたみ自転車で極端に車輪の半径の小さなものがあります。それこそ直径10cmくらいのとか。

あれだけ小さいと発生するジャイロ効果も小さそうですし、テコの原理でも倒れようとするモーメントに全然勝てそうに見えません(倒れるときの支点は地面だから、車輪の中心は支点から5cmしか離れていないところですよね)。ただ、半径が小さい分回転数は高いわけだし、その分むしろジャイロ効果は強まってるのかな…

車輪の半径、回転数、重量からジャイロ効果の強さはどう決まるのか(そもそも単位はどんなのなのか)、その上で、直径10cmでもそこそこのスピードで十分なジャイロ効果は得られるのだ、ということを教えてください。

回答の条件
  • 1人2回まで
  • 登録:2008/08/11 12:30:28
  • 終了:2008/08/12 12:42:40

回答(5件)

id:SALINGER No.1

SALINGER回答回数3454ベストアンサー獲得回数9692008/08/11 13:29:48

ポイント25pt

ジャイロ効果は、回転する物体が回転軸の向きを一定に保つ性質。

これは止まっている自転車よりも走ってる自転車の方が倒すために力がひつようであるということで、

倒れ掛かった自転車が垂直に戻ろうとする力が働くわけではないです。

これはバイクなどがカーブで斜めになったまま転倒せずに曲がれるのはジャイロ効果によるところが大きいです。

ジャイロ効果はタイヤの回転力と重量によって効果が変わります。

小さな車輪ではこの車体を傾けたコーナリングは難しいです。

では、速度の遅い自転車や車輪の小さな自転車が走行中に倒れずにバランスを取り続けるのはなぜか、それにはキャンバースラストが大きく影響します。

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1314213...

キャンバースラストによって車輪が傾くと旋回運動に変わります。

乗っている人は無意識に自転車が倒れこむ方向にハンドルを切るので旋回運動を打ち消し倒れないのです。

ジャイロ効果の少ない小さいタイヤの方がより細かいハンドル操作が必要であると言えると思います。

競輪やスポーツタイプの自転車の場合はハンドル操作よりも体重移動によるところが大きいですけどね。

id:Dehydrated No.2

Dehydrated回答回数30ベストアンサー獲得回数12008/08/11 13:44:49

ポイント25pt

自転車が倒れずに走れる理由は車輪のジャイロ効果があるためですね

という前提が違っているかもしれません。

http://www.geocities.jp/jitensha_tanken/fork_trail.html

では以下のように書いてあります。

引用はじめ〜

 ジャイロ効果は次のように自転車にとって望ましい面もあるが、車輪の回転数が小さいため、トレイルの効果などに比べると、相対的に無視してよいほどの小さい効果しかない。

* 直立安定走行 

 前輪、後輪共にジャイロ効果によって、直立状態を維持しようとする(倒れない)。

* 曲がりの手助け

曲がろうとして自転車を傾けると、前輪も傾くので前輪のジャイロ効果により、前輪(従ってハンドル)は操縦管を軸にして曲がる方向に回ろうとする。

〜引用終わり

自転車が倒れない事について考察している所がありました

http://www.geocities.jp/at_mocha/jitensya/jitensya.htm

希望する答になってませんね、申し訳ないです。

id:kappagold No.3

kappagold回答回数2710ベストアンサー獲得回数2482008/08/11 13:48:43

ポイント25pt

自転車が安定して走れる事に寄与しているのは、ジャイロ効果のほかにも色々な工夫があります。

ジャイロ効果の寄与はそんなに大きくないと考えられています。

(自転車の形状やスピードによって違いますが・・・・)


ジャイロ効果を体感するには、前輪を持ち上げた状態で、前輪を止めたままハンドルを切るのと前輪を回転させてハンドルを切ってみるのを比べることによって、体感出来ます。

(ジャイロ効果が働くと、ハンドルを切るのに力が必要になります。自転車の場合、車輪をかなり早く回さないと大きな抵抗を感じられないと思います。)



車輪の小さな自転車と、普通の自転車では明らかに安定性が異なります。


折畳自転車での手放し運転は普通の自転車に比べてかなり難しいです。

また、ある程度の速さまで押してその後手を話して無人で走らせたときも、普通の自転車はそのまま走るのに、折畳自転車は簡単に倒れてしまいます。


また、上に書いた実験を小さな車輪でやるとほとんど抵抗を感じません。


自転車の構造も違うので、ジャイロ効果がすべてとは言えませんが、折畳自転車の方が安定性が悪いのが普通です。


http://www.asobo.co.jp/sakai/list/siryo/s1_a02.doc

http://www.geocities.jp/jitensha_tanken/fork_trail.html

http://yet.yoyoing.com/yoyoeng/yoyoeng4-3.html

id:mailer-daemon No.4

mailer-daemon回答回数24ベストアンサー獲得回数22008/08/11 16:04:33

ポイント25pt

>車輪の極端に小さい折りたたみ自転車が倒れてしまわない理由を教えてください。


理由はハンドルで倒れないように操縦しているから

ジャイロ効果は補助的に効いていますがそのせいで倒れない訳ではありません。

操縦する人がいない場合はジャイロ効果が安定性に相当効いてきます。

例えば、両手離しで自転車に乗る場合は車輪が大きければかなり楽にできますが車輪が小さいとよほど上手くない限りかなり難しいです。

車輪が小さいとハンドルを操作する時にジャイロ効果が小さいのでハンドルの効きが鋭くピーキーになります。逆に車輪が大きいとジャイロ効果のおかげでハンドル操作が緩やかに効きます。これらは倒れる倒れないということよりも運転しやすいかどうかの違いとなって感じます。

id:ken33jp No.5

ken33jp回答回数928ベストアンサー獲得回数132008/08/12 05:45:52

車輪の半径なんか、関係ないですけど。

  • id:hissssa
    そもそも自転車が倒れないのは車輪のジャイロ効果じゃなくて、操縦者が体重移動や方向調整でバランスを取るからだと思いますが。
    もしジャイロ効果で倒れないなら、無人でもそこそこの速度で走らせれば倒れずに進むはずですが、実際は1mも進まないうちに倒れることは間違いないですし。
  • id:Sampo
    では、止まったままの自転車に倒れずに乗っているが困難なのはどうしてか、という問題が今度は出てくるわけですが、そちらは?
  • id:hissssa
    止まったままの自転車に乗るのが難しいのは、前進していないためにハンドルを切ることでバランスを取れないからです。
    自転車が前に進んでいる場合は、ハンドル操作をすれば進路が変わります。倒れそうになった方向にハンドルを切ることで自然とバランスを取れるわけです。
    自転車が止まっている場合、ハンドル操作でバランスを取ることが出来なくなるため、体重移動だけでバランスを取る必要があります。それは難しくなって当然でしょう。

  • id:seble
    ジャイロ効果と人間のバランスと両方ある訳です。
    止まったままの自転車で倒れない人もいますよね?
    一輪で立ったままだって、、、
    でも、ジャイロ効果もあるために、車輪が大きい自転車の方が楽なのです。
    (バランスを取る手間がそれだけ少ないため)
    ジャイロ効果自体は小さくたってあります。
    コマが倒れないのはそのせいです。
    宇宙船や飛行機などで使われるジャイロはごく小さいです。
    あくまで程度問題であって、車輪が10cmなら倒れて10.001cmなら倒れないとかそういう問題ではありません。
    大きいか小さいかは比較だけの問題でしょ?
    自転車じゃありませんが、もっと小さい車輪の物だって倒れず走る物はいくつもあるかと、、、
  • id:Sampo
    なるほど、大きな誤解が解けました。
    走っていれば倒れないのは、(ジャイロ効果も関わっていないわけではないが)操舵ができるからということですね。

    回答をつけてくれた方々には今回均等に配分しました。コメントのお二方も回答と同じように参考になりましたので同じだけポイントをお送りします。
  • id:yamadakouzi
    yamadakouzi 2008/08/12 23:18:48
    回転によるジャイロ効果(回転モーメント)のディメンションは質量*長さ*長さ*回転数です=kg・m^2
    だから直径10cmの車輪は1mの車輪と同じ回転数ならば1/100ですから、同じ効果を得ようとすれば10倍のスピードが必要です。=車輪径1mの自転車で時速10km/sと同じジャイロ効果を得ようとすれば車輪径10cmの自転車ならば時速100km/sで走らなければならないと言うことです。
    ならば、なぜ倒れないかと言えば、①人間がバランスを取っているからです。(多くの人が書いています)必ずしも動いていなくても倒れないのは、一輪車でもヤジロベエでもバランスが大事だと分かります。==地上での重力とのバランス
    また、②車輪が接している作用点なるものはあまり重要では有りません。ちなみに、時速10km/sで走っている自転車を吊り上げ、地面から浮かせ、位置的には移動の無い状態にしても、こぎ続ければ安定してますが、こぐのをやめれば安定しなくなります。==ジャイロ効果
    自転車の走行しているときは①と②が働いています。ちなみに自転車が右に曲がるときは右に倒れます、左に倒せば左に曲がります。これがジャイロ効果で逆らって右に曲がる時にハンドルを左に倒せば「自転車は壊れます」これは、空中に浮いた状態でも同じ現象です。

    自転車が移動していること、車輪が回転していること、車輪が地面に接していることは全く独立した要素です。
  • id:virtual
    >これがジャイロ効果で逆らって右に曲がる時にハンドルを左に倒せば
    >「自転車は壊れます」

    壊れないし。(笑

    http://www.youtube.com/watch?v=nyeqIuHlaTw
  • id:YAMADAMAY
    やまだまや(真優) 2009/02/01 23:32:29
    最初の例に「自転車」を出したのが誤解を生んで、自動車や、船、飛行機の(旋回する)原理まで必要以上の回答やコメントがでたのかもしてません。たとえば自転車の人間工学的な説明をしようとすると次のような説明も有効なのですが、今はまったく方向違いになってしまいます。
    http://www.geocities.jp/at_mocha/jitensya/jitensya.htm

    ぶっちゃけて言うと、「ジャイロの原理を説明してください」ということなのです。それ以外は余談になってしまいます。右回転を(+)、左回転をを(-)とすると、+++、+--、-+-、--+となるはずです、そういつも3つをかければ+です。---、-++、+-+、++-は無いのです。なぜ?

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