Кто изобрел велосипед? | Живая наука

(Изображение предоставлено Джорджем Пачантурисом/Getty Images)

Вы можете подумать, что у такого простого изобретения, как велосипед, несложное прошлое. Но, как оказалось, у этого очень популярного изобретения есть история, полная противоречий и дезинформации. Хотя истории о том, кто изобрел велосипед, часто противоречат друг другу, одно можно сказать наверняка: самые первые велосипеды не были похожи на те, которые вы видите сегодня на улицах.

Первые известные версии колесного транспортного средства, приводимого в движение человеком, были созданы задолго до того, как велосипед стал практичным видом транспорта. В 1418 году итальянский инженер Джованни Фонтана (или де ла Фонтана) сконструировал устройство с приводом от человека, состоящее из четырех колес и веревочной петли, соединенных шестернями, по данным Международного велосипедного фонда ( ИБФ).

В 1813 году, примерно через 400 лет после того, как Фонтана построил свое хитроумное колесное изобретение, немецкий аристократ и изобретатель по имени Карл фон Драйс начал работу над своей собственной версией Laufmaschine (бегущей машины), четырехколесного транспортного средства, приводимого в движение человеком. Затем, в 1817 году, Дрэйс дебютировал с двухколесным транспортным средством, известным под многими именами по всей Европе, включая Draisienne, щегольскую лошадь и лошадь-хобби, сообщает IBF.

Любопытные приспособления

Дрэйс построил свою машину в ответ на очень серьезную проблему: нехватку настоящих лошадей. В 1815 году произошло извержение горы Тамбора в Индонезии, и облако пепла, рассеявшееся по всему миру, понизило глобальную температуру. Неурожай, и многие животные, в том числе лошади, умерли от голода, 90 005 согласно Smithsonian Magazine .

Лошади-хобби Дрэйса были далеки от аэродинамических скоростных машин, которыми сегодня являются велосипеды. Этот предок велосипеда весом 50 фунтов (23 кг) имел два деревянных колеса, прикрепленных к деревянной раме. Всадники сидели на мягком кожаном седле, прибитом к раме, и управляли транспортным средством с помощью рудиментарного набора деревянных рулей. Не было никаких передач и педалей, так как гонщики просто толкали устройство вперед ногами.

Дрэйс привез свое изобретение во Францию ​​и Англию, где оно стало популярным. Британский изготовитель карет по имени Денис Джонсон продавал свою версию под названием «пешеходные коляски» лондонским аристократам, ищущим удовольствий. Лошади-хобби пользовались успехом несколько лет, прежде чем их запретили использовать на тротуарах из-за опасности для пешеходов. Причуда прошла, и к 1820-м годам автомобили редко можно было увидеть, по данным Национального музея американской истории (NMAH).

Барону Карлу фон Драйсу во Франции приписывают изобретение «хобби» или «денди-хорса», предшественника велосипеда, в 1817 году. (Изображение предоставлено: Музей науки, Лондон.)

Костошейки и пенни-фартинги

Велосипеды вернулись в начале 1860-х годов с появлением деревянного приспособления с двумя стальными колесами, педалями и фиксированной системой передач. Известный как велоципед (быстрая нога) или «костотряс», смелые пользователи этого раннего приспособления были в ухабистой поездке.

Вопрос о том, кто изобрел велосипед с его революционными педалями и системой передач, немного туманен. Немец по имени Карл Кех утверждал, что он был первым, кто прикрепил педали к лошадке в 1862 году. Но первый патент на такое устройство был выдан не Кеху, а Пьеру Лаллеману, французскому изготовителю экипажей, который получил патент США. для двухколесного транспортного средства с кривошипными педалями в 1866 г., по данным NMAH.

В 1864 году, прежде чем получить патент на свое транспортное средство, Лаллеман публично выставил свое творение, что может объяснить, как Эме и Рене Оливье — два сына богатого парижского промышленника — узнали о его изобретении и решили создать собственный велосипед. Вместе со своим одноклассником Жоржем де ла Буглизом молодые люди наняли Пьера Мишо, кузнеца и каретного мастера, для создания деталей, необходимых для их изобретения.

Мишо и братья Оливье начали продавать свой велосипед с педалями в 1867 году, и это устройство стало хитом. Из-за разногласий по поводу дизайна и финансовых вопросов компания, которую Мишо и Оливье основали вместе, в конечном итоге распалась, но принадлежащая Оливье Compagnie Parisienne продолжала существовать.

К 1870 году велосипедистам надоел неуклюжий костотряс, популяризированный Мишо, и производители ответили новыми дизайнами. Также к 1870 году металлургия продвинулась достаточно далеко, чтобы велосипедные рамы можно было делать из металла, который, по данным IBF, был прочнее и легче дерева.

На гравюре XIX века изображены ранние типы велосипедов, в том числе Денди-Хорс, Дублинский велосипед и Костотряс. (Изображение предоставлено: duncan1890/Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Одной из популярных моделей была высокая колесная тележка, также известная как пенни-фартинг из-за размера колес. (Фартинг был британской монетой, которая стоила одну четверть пенни.) Пенни-фартинг отличался более плавным подъемом, чем его предшественник, из-за цельных резиновых шин и длинных спиц. Передние колеса становились все больше и больше, поскольку производители поняли, что чем больше колесо, тем дальше можно проехать за один оборот педалей. Любитель верховой езды мог получить колесо такого же размера, как длина его ног.

К сожалению, большая конструкция переднего колеса, за которую ратовали искатели острых ощущений молодые люди, многие из которых участвовали в гонках на этих приспособлениях в недавно основанных велосипедных клубах по всей Европе, не была практичной для большинства гонщиков. Если гонщику нужно было резко остановиться, инерция перебрасывала все это приспособление через переднее колесо и приземляла гонщика на голову. Согласно IBF, именно здесь появился термин «взять заголовок». Энтузиазм по поводу пенни-фартингов оставался умеренным, пока английский изобретатель по имени Джон Кемп Старли не предложил выигрышную идею «безопасного велосипеда» в 1870-х годах.

Старли начал успешно продавать свои велосипеды в 1871 году, когда он представил велосипед «Ариэль» в Великобритании, положив начало роли этой страны как лидера в области велосипедных инноваций на многие десятилетия вперед.

Старли, пожалуй, больше всего известен своим изобретением колеса с касательной спицей в 1874 году. Это переднее колесо, амортизирующее натяжение, было значительным улучшением по сравнению с колесами, использовавшимися на более ранних велосипедах, и помогло сделать езду на велосипеде (в некоторой степени) комфортной и приятной для людей. впервые в истории. Колеса Starley также сделали велосипед намного легче, что является еще одним практическим улучшением по сравнению с предыдущими версиями.

Затем, в 1885 году, Старли представил «Ровер». Благодаря колесам почти одинакового размера, рулевому управлению с центральным шарниром и дифференциалам, работающим с цепной передачей, «Ровер» Старли был чрезвычайно устойчивым и первым очень практичным вариантом велосипеда.

По данным NMAH, количество используемых велосипедов резко возросло с примерно 200 000 в 1889 году до 1 миллиона в 1899 году.

Сначала велосипеды были относительно дорогим хобби, но массовое производство сделало велосипед практичной инвестицией для рабочего человека, который затем мог ездить на работу и обратно домой. Велосипед познакомил тысячи людей с индивидуальным и независимым транспортом и обеспечил большую гибкость в проведении досуга. Поскольку женщины начали кататься в большом количестве, потребовались кардинальные изменения в женской моде. Турнюры и корсеты исчезли; были в моде шаровары, так как они давали женщине больше подвижности, позволяя ей держать ноги прикрытыми длинными юбками.

Безопасный женский велосипед 1889 года. (Изображение предоставлено общественным достоянием.)

Велосипеды также частично способствовали улучшению дорожных условий. По данным NMAH, по мере того, как все больше американцев начали ездить на велосипедах, которым требовалось более гладкое дорожное покрытие, чем гужевой транспорт, велосипедисты объединились, чтобы потребовать улучшения дорог. К ним часто присоединялись железнодорожные компании, которые хотели улучшить сообщение между фермерами и другими предприятиями и железнодорожной станцией.

По данным NMAH, велосипед оказал прямое влияние на появление автомобиля. Детали велосипедов позже были включены в детали автомобилей, включая шарикоподшипники, дифференциалы, стальные трубы и пневматические шины.

Многие пионеры автомобилестроения были первыми производителями велосипедов, в том числе Чарльз Дюри, Александр Уинтон и Альберт А. Поуп. Кроме того, Уилбур и Орвилл Райт были производителями велосипедов до того, как обратили внимание на аэродинамику. Гленн Кертис, еще один пионер авиации, тоже начинал как производитель велосипедов.

Однако по мере роста популярности автомобилей интерес к велосипедам угасал. Кроме того, по данным NMAH, электрические железные дороги заменили боковые дорожки, изначально построенные для велосипедистов. Количество производителей сократилось в начале 1900-х, а на протяжении более 50 лет велосипедом пользовались в основном только дети.

Возрождение интереса взрослых произошло в конце 1960-х годов, когда многие люди начали рассматривать езду на велосипеде как экологически чистое и не перегруженное средство передвижения и отдыха. По данным NMAH, в 1970 году в Соединенных Штатах было произведено почти 5 миллионов велосипедов, и, по оценкам, 75 миллионов велосипедистов использовали 50 миллионов велосипедов, что сделало езду на велосипеде ведущим видом отдыха на природе в стране.

Велосипедистка Тилли Андерсон сидит на велосипеде. в 1896 Лига американских колесников признала ее лучшей женщиной-велосипедисткой в ​​мире. (Изображение предоставлено: clu/Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Велосипеды сегодня

Ежегодно производится более 100 миллионов велосипедов, согласно веб-сайту Bicycle History (открывается в новой вкладке), и, по оценкам, 1 миллиардов велосипедов в настоящее время используются по всему миру.

Сегодня человек, зашедший в магазин велосипедов, сталкивается с широким выбором вариантов. Рамы проектируются и изготавливаются из разных материалов в зависимости от того, где можно ездить на велосипеде. Согласно Bike Bamboo, они могут быть изготовлены из стали, алюминия, титана или углеродного волокна, а иногда даже из таких материалов, как бамбук. Колеса бывают разных размеров и толщины для катания по различным поверхностям: от неровных, покрытых грязью и каменистыми горных дорог до гладких мощеных городских улиц. Гонщики могут выбирать между различными типами тормозов, номерами передач, формами сидений, положением руля и изгибами, а также иметь или не иметь подвеску.

Сопутствующее содержимое

Велосипед может иметь от одной до 33 передач. Сиденья могут быть короткими и узкими для гонок или широкими и мягкими для комфортных поездок. Подвеска может быть добавлена, чтобы обеспечить более плавную езду по ухабистым дорожкам.

Некоторые конструкции современных велосипедов настолько сильно отличаются от своих предшественников, что ранние изобретатели, вероятно, не узнают их как велосипеды. Сегодня велосипеды можно складывать, чтобы облегчить путешествие или хранение. У некоторых нет сидений, и они напоминают эллиптические тренажеры, которые можно найти в тренажерном зале; к другим велосипедам прикреплены коляски для езды на велосипеде с маленькими детьми, а некоторые даже оснащены электродвигателями.

Дополнительные ресурсы

Проследите эволюцию велосипеда с помощью фотографий в слайд-шоу на веб-сайте Музея велосипедов Америки (откроется в новой вкладке). Узнайте больше от Reliance Foundry (откроется в новой вкладке) о том, как велосипедная инфраструктура может снизить риск серьезных травм и гибели велосипедистов, и узнайте о плюсах и минусах езды на велосипеде в международном исследовании более 1000 велосипедистов в 20 странах, опубликовано в 2019 году в журнале Transportation Research (открывается в новой вкладке).

Дополнительный отчет Рэйчел Росс, автора Live Science, и Тима Шарпа, редактора ссылок. Эта статья была обновлена ​​25 февраля 2022 г. старшим автором Live Science Минди Вайсбергер.

Библиография

«История велосипедов (и история транспортных средств с приводом от человека)». Хронология истории велосипедов , http://www.ibike.org/library/history-timeline.htm (открывается в новой вкладке).

Журнал, Смитсоновский институт. «Взрыв из прошлого.» Smithsonian.com , Смитсоновский институт, 1 июля 2002 г., https://www.smithsonianmag.com/history/blast-from-the-past-65102374/ (открывается в новой вкладке).

«Америка в движении». Национальный музей американской истории , 3 июля 2019 г., http://amhistory.si.edu/onthemove/themes/story_69_2.html (открывается в новой вкладке).

«История велосипедов. История двухколесных транспортных средств». История велосипедов – Эволюция велоспорта , http://www.bicyclehistory.net/ (откроется в новой вкладке).

«История велосипеда». МУЗЕЙ ВЕЛОСИПЕДОВ АМЕРИКИ , http://www.bicyclemuseum.com/bicycle-history/ (открывается в новой вкладке).

«Основное руководство по велосипедной инфраструктуре». Reliance Foundry Co. Ltd , 17 января 2022 г., https://www.reliance-foundry.com/blog/bikeways-bike-infrastructure (открывается в новой вкладке).

Усече, Серджио А. и др. «Здорово, но рискованно: описательное исследование факторов, поощряющих и отталкивающих велосипедистов от использования велосипедов, привычек и результатов безопасности». Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behavior , Пергамон, 4 марта 2019 г., https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369847818306934 (открывается в новой вкладке).

Элизабет — бывший помощник редактора Live Science, а в настоящее время — директор по развитию аудитории в Торговой палате. Она получила степень бакалавра искусств в Университете Джорджа Вашингтона. Элизабет путешествовала по Америке, изучая политические системы и культуры коренных народов, а также обучая английскому языку учащихся всех возрастов.

Как движущийся велосипед остается в вертикальном положении?

ПОДЕЛИТЬСЯ:

FacebookTwitter

Узнайте, как велосипед остается в вертикальном положении во время движения, и несколько заблуждений, связанных с этим

Узнайте, как велосипед в движении остается в вертикальном положении.

© MinutePhysics (партнер-издатель Britannica)

Велосипеды являются одним из самых эффективных и универсальных средств передвижения, приводимых в движение людьми, которые мы когда-либо изобретали. Но, возможно, еще более невероятным, чем люди, катающиеся на велосипедах, является тот факт, что велосипеды могут ездить сами по себе. Да, когда они приводятся в движение с достаточной скоростью, велосипеды могут оставаться в вертикальном положении без какого-либо вмешательства человека.

Распространенное заблуждение состоит в том, что велосипеды остаются в вертикальном положении из-за сохранения углового момента, то есть, поскольку колеса вращаются, если велосипед наклоняется в одну сторону, будет какая-то противодействующая сила от колес, которая удерживает велосипед в вертикальном положении. . Но есть простой способ увидеть, что это объяснение неверно. Просто зафиксируйте руль на месте, и движущийся велосипед упадет так же легко, как и неподвижный.

Еще одно распространенное заблуждение состоит в том, что велосипеды остаются в вертикальном положении из-за их импульса движения вперед. Однако, если вы толкнете велосипед-призрак вбок, он изменит направление, а затем весело продолжит свой путь. Явно меняя свой импульс, но тем не менее оставаясь в вертикальном положении. Что мы знаем о том, как обычные велосипеды остаются в вертикальном положении сами по себе, так это то, что когда движущийся велосипед начинает наклоняться в одну сторону, он также автоматически немного поворачивается в эту сторону. В результате колеса возвращаются под центр масс, удерживая велосипед в равновесии. И за это отвечают три основных механизма.

Во-первых, из-за того, что ось управления велосипедом наклонена назад, его переднее колесо фактически касается земли чуть позади этой оси. Это означает, что когда велосипед наклоняется влево, направленная вверх сила от земли поворачивает колесо и руль влево, помогая велосипеду поворачивать колеса обратно под центр масс. Во-вторых, вес переднего колеса и руля велосипеда обычно распределяется немного впереди оси рулевого управления. Таким образом, когда велосипед наклоняется влево, тяга массы вниз также помогает повернуть переднее колесо влево. Точно так же лозы будут поворачиваться в любую сторону, куда бы вы ни наклонили руки. В-третьих, колеса действительно обладают гироскопическим эффектом, но он не удерживает мотоцикл в вертикальном положении сам по себе, а помогает управлять.

Как Дестин и Карл прекрасно демонстрируют в этом видео о том, как работают вертолеты, попытка наклонить вращающийся объект приводит к тому, что объект наклоняется, как если бы вы оттолкнули его на 90 градусов от того места, где вы это сделали. Это кажется жутким, но в основном эффект вашего крутящего момента отстает от того, где вы нажимаете. Теперь представьте, что это происходит вертикально на велосипеде, и вы можете видеть, что гироскопическая прецессия от наклона велосипедов влево заставляет переднее колесо поворачиваться влево. Опять же, помогая направить колеса обратно под центр масс.

Короче говоря, обычный велосипед стабилен благодаря сочетанию переднего колеса, касающегося земли за наклоненной назад осью рулевого управления, центра масс переднего колеса и руля, расположенных перед осью рулевого управления, и гироскопического прецессия переднего колеса. Все это помогает велосипеду автоматически поворачивать колеса под себя, когда он наклоняется. По крайней мере, когда он движется вперед с правильной скоростью. Если велосипед движется слишком медленно, он не будет поворачиваться достаточно быстро, чтобы не врезаться в землю. И если вы толкнете тот же велосипед назад, гироскопический эффект изменится на противоположный, но два других эффекта не изменятся, в результате чего колеса будут выводиться из-под велосипеда, когда он наклоняется.

Более того, ни один из этих трех механизмов сам по себе не является секретом устойчивости велосипеда. Вот велосипед, у которого нет гироскопического эффекта, переднее колесо которого касается земли перед осью рулевого управления, но который устойчив без наездника.