Équilibre sur un vélo et vitesse.

[socomajor]

Bonjour !

Vous vous en êtes certainement déjà rendu compte, maintenir droit un vélo à l'arrêt ( j'entends, sans avoir le pied à terre ^^ ) est beaucoup plus compliqué que lorsqu'il roule.

J'aimerai comprendre d'où provient cette différence.

Il s'agit d'annuler la composante selon l'axe avant-arrière ( et passant par le centre d'inertie ) du moment cinétique, donc de faire en sorte que la droite d'action de la résultante des forces passe par cet axe.

Quand on est à l'arrêt, c'est difficile, soit.
Quand on accélère, on subit une force d'inertie dirigée vers l'arrière ( supposons qu'on roule en ligne droite ), cette force d'inertie n'a donc pas d'influence sur la composante du moment d'inertie selon l'axe en question.
Et puis de toute façon, l'équilibre est aussi aisé lorsque l'on a une grande vitesse, mais une accélération nulle donc la piste des forces d'inertie est écartée.

La seule force dépendant de la vitesse qui me vient à l'esprit est une force de frottement à l'air. Mais je comprends mal comment elle peuvent faire passer la résultante des forces par cet axe...
D'autant plus que quand on roule avec le vent de travers ou même de côté, on tient tout de même beaucoup mieux sur son vélo que quand on est à l'arrêt...

Comment expliquez vous le phénomène ?
-----

[ansset]

bonjour,
c'est l'effet gyroscopique.
il a plein de réference partout .

[socomajor]

Merci

C'est donc en fait la vitesse de rotation des roues et non la vitesse du vélo en lui même qui est la cause.

Je n'y avais pas du tout songé

[ansset]

Merci

C'est donc en fait la vitesse de rotation des roues et non la vitesse du vélo en lui même qui est la cause.

Je n'y avais pas du tout songé

sauf , qu'en général elles sont liées.
mais un velo sur un tapis roulant restera très bien debout.

[A voir en vidéo sur Futura]

[socomajor]

Oui oui je me rend bien compte qu'elles sont liées par les conditions de roulement sans glissement

Mais il s'agit bien de la rotation des roues qui entraine cet effet.
Si on diminue la taille des roues et leur masse ( bref leur moment d'inertie ), l'effet sera de moins en moins perceptible.

[ansset]

Oui oui je me rend bien compte qu'elles sont liées par les conditions de roulement sans glissement

Mais il s'agit bien de la rotation des roues qui entraine cet effet.
Si on diminue la taille des roues et leur masse ( bref leur moment d'inertie ), l'effet sera de moins en moins perceptible.

et oui !
essayes de rouler en scooter avec des petites roues de caddy du super-U

[stefjm]

bonjour,
c'est l'effet gyroscopique.
il a plein de réference partout .

En complément, il y a aussi (et surtout) l'asservissement qu'effectue le cycliste en inclinant la bête.
La dynamique (au sens gain et temps de réponse) de cet asservissement est d'autant meilleure que la vitesse est élevée : Une même action provoque une réaction plus forte si la vitesse est plus élevée.

La réaction à l'arrêt est nulle et le temps de réponse infini, d'où la chute assurée.

Cordialement.

[socomajor]

En complément, il y a aussi (et surtout) l'asservissement qu'effectue le cycliste en inclinant la bête.
La dynamique (au sens gain et temps de réponse) de cet asservissement est d'autant meilleure que la vitesse est élevée : Une même action provoque une réaction plus forte si la vitesse est plus élevée.

La réaction à l'arrêt est nulle et le temps de réponse infini, d'où la chute assurée.

Cordialement.

Merci pour le complément
Heureusement pour les motards sur les GP d'ailleurs

[LPFR]

En complément, il y a aussi (et surtout) l'asservissement qu'effectue le cycliste en inclinant la bête.

Bonjour Stefjm.
Une moto avec l'accélérateur calé, n'a pas besoin de motard pour rester début. Elle dérivera lentement à droite ou à gauche suivant les réglages de départ et les irrégularités de la route, mais elle ne tombera pas.
Il y a plein de vidéos avec le motard faisant le poirier sur le siège, ou des motos roulant toutes seules car le motard est tombé.
Par contre, pour prendre la bonne sortie au bon moment, il faut bien une intervention humaine.
Cordialement.

[stefjm]

C'est sûr que si on a droit à la moto, on peut plus facilement se passer du motard. Au départ, il était question de vélo : Il faut aller plutôt vite pour que l'effet gyroscopique seul stabilise le vélo.

[LPFR]

C'est sûr que si on a droit à la moto, on peut plus facilement se passer du motard. Au départ, il était question de vélo : Il faut aller plutôt vite pour que l'effet gyroscopique seul stabilise le vélo.

Re.
Pas nécessairement. Mais un vélo sans quelqu'un qui pédale, ralentit bien vite. De plus, compte tenue de la faible masse, si le cycliste chute il entraine le vélo avec lui.
Le comportement est le même que pour une moto, mais l'expérience est difficile à mettre en œuvre.
A+

[stefjm]

Le comportement est le même que pour une moto, mais l'expérience est difficile à mettre en œuvre.

Le comportement, oui, mais l'ordre de grandeur du couple gyroscopique comparer à celui du poids?

[LPFR]

Le comportement, oui, mais l'ordre de grandeur du couple gyroscopique comparer à celui du poids?

Re.
Précisément: je pense que le vélo qui n'a pas de "charges inutiles" comme le moteur, réservoirs, sièges, suspension, amortisseurs, etc., à un rapport bien plus favorable.
A+

[stefjm]

Re.
Précisément: je pense que le vélo qui n'a pas de "charges inutiles" comme le moteur, réservoirs, sièges, suspension, amortisseurs, etc., à un rapport bien plus favorable.
A+

Si c'est le cas, l'expérience est facile à faire, en descente pour compenser les frottements.
A défaut d'expérience, je devrais me faire un calcul d'ordre de grandeur, mais là, j'avoue, j'ai la flemme.
@+

[sitalgo]

B'jour,

Ce sujet a déjà été traité dans ce forum et pour ce qui est de l'importance de l'effet gyroscopique j'y ajoute ceci :
Prenons un vélo que l'on lance vers l'avant et mesurons le nombre de décamètres parcourus.
Lançons ce même vélo avec la même vitesse mais vers l'arrière et mesurons le nombre de décimètres parcourus.
L'effet gyroscopique des roues est le même et dans les deux cas et il a pour effet de modifier la trajectoire pour une plus longue stabilité du vélo. On voit donc que son importance est très secondaire.

Inversons maintenant l'angle de chasse de la roue avant et lançons notre vélo en avant, il va aussitôt se viander.

Si le vélo sans cycliste va à peu près droit c'est d'abord parce que l'angle de chasse fait que la roue est tirée par le cadre et tend à rester dans l'alignement du cadre. Une orientation de la roue avant qui ne correspond pas à la direction du cadre entraîne un moment de rappel, le point de contact roue-sol n'étant pas dans l'axe du cadre.

[ansset]

B'jour,

. On voit donc que son importance est très secondaire.

Inversons maintenant l'angle de chasse de la roue avant et lançons notre vélo en avant, il va aussitôt se viander.

je ne saisi pas !
si c'est pour dire que l'effet disparait si les roues ne sont pas alignées ,
en en corrolaire qu'un velo tracté tiens mieux.
celà ne remet pas en cause le principe de l'equilibre gyroscopique.

[LPFR]

Re.
Je me permets de rappeler qu'un cerceau, une roue seule ou une pièce de monnaie sont stables quand ils roulent, sans besoin d'angle de chasse.
Pour eux il n'y a que l'effet gyroscopique.
A+

[sitalgo]

Mauvais choix de bouton.

[sitalgo]

si c'est pour dire que l'effet disparait si les roues ne sont pas alignées

Ce n'est pas ce que j'ai dit.

en en corrolaire qu'un velo tracté tiens mieux.

Ce n'est pas ce que j'ai dit : "l'angle de chasse fait que la roue est tirée par le cadre". Les conséquences sont évidentes, lance un vélo en arrière et tu verras si l'effet gyroscopique suffit à maintenir le vélo malgré, comme je l'ai dit, son effet stabilisateur toujours présent.

Je me permets de rappeler qu'un cerceau, une roue seule ou une pièce de monnaie sont stables quand ils roulent, sans besoin d'angle de chasse. Pour eux il n'y a que l'effet gyroscopique.

Nous parlons ici du vélo, chaque système à ses spécificité. Cet effet suffit à un cerceau mais c'est surtout le seul, pour un vélo l'expérience montre que ce n'est pas le seul. Cet effet maintient un équilibre non pas parce qu'il empêche directement le cerceau de s'inclimer mais parce l'inclinaison inéluctable du cerceau le fait pivoter vers l'intérieur du virage, augmentant ainsi un effet centrifuge équilibrant.
Il a été testé il y a longtemps un vélo équipé d'une roue avec disque tournant en sens inverse de façon à ce que l'effet gyroscopique résultant soit nul. Il a été montré que l'effet gyro ne changeait pas grand chose (je ne dis pas rien car en théorie ça fait au moins un petit quelque chose).

[ansset]

Nous parlons ici du vélo, chaque système à ses spécificité. Cet effet suffit à un cerceau mais c'est surtout le seul, pour un vélo l'expérience montre que ce n'est pas le seul. Cet effet maintient un équilibre non pas parce qu'il empêche directement le cerceau de s'inclimer mais parce l'inclinaison inéluctable du cerceau le fait pivoter vers l'intérieur du virage, augmentant ainsi un effet centrifuge équilibrant.Il a été testé il y a longtemps un vélo équipé d'une roue avec disque tournant en sens inverse de façon à ce que l'effet gyroscopique résultant soit nul. Il a été montré que l'effet gyro ne changeait pas grand chose (je ne dis pas rien car en théorie ça fait au moins un petit quelque chose).

je ne vois pas en quoi le fait de tomber dans un virage augmente la force centrifuge !!
je ne connais pas tes connaissances en physique, mais je suis surpris par ces réponses.
et j'aimerai savoir de quelle expérience tu parles !

[stefjm]

Bonjour,
Vous faites comme vous voulez mais j'ai bien l'impression que vous me refaites celles-ci :
http://forums.futura-sciences.com/ph...stabilite.html

@lpfr : Je ne nie pas l'effet gyroscopique mais son intensité devant l'asservissement du cycliste.

[sitalgo]

je ne vois pas en quoi le fait de tomber dans un virage augmente la force centrifuge !!

et j'aimerai savoir de quelle expérience tu parles !

Regarde ici, ça m'évitera d'user l'encre de mon clavier.
http://www.aviation-fr.info/dom/dominique24.php

Par rapport à ce site qui dit que l'équilibre d'un cerceau est assuré par effet centrifuge, on peut ajouter que, tournant aussi par rapport à un axe vertical puisqu'il décrit une courbe, l'effet gyroscopique correspondant tend à le redresser. Il y a là aussi deux effets.

Pour revenir au vélo (sans cycliste), l'effet gyroscopique est forcément présent mais il serait absent le vélo suivrait quand même une trajectoire courbe, le vélo étant théoriquement un peu plus penché pour une même courbe.

[LPFR]

Pour revenir au vélo (sans cycliste), l'effet gyroscopique est forcément présent mais il serait absent le vélo suivrait quand même une trajectoire courbe, le vélo étant théoriquement un peu plus penché pour une même courbe.

Bonjour.
Je crois qu'il faut être prudent quand on fait des affirmations à propos du rôle "négligeable" de l'effet gyroscopique dans l'équilibre du vélo. Surtout il faut éviter de citer des citations des citations des citations.

Il vaut mieux s'adresser à Dieu qu'à ses saints. Donc voici un lien vers les la publication de David Jones: http://www.phys.lsu.edu/faculty/gonz...9no9p51_56.pdf
Dans cette publication on trouve ce paragraphe (en pièce jointe StabVelo1.gif).

Qui montre que l'effet gyroscopique est indispensable pour que le vélo maintienne son équilibre sans cycliste.
Il est intéressant de lire aussi le paragraphe de conclusion (pièce jointe StabVelo2.gif).
Je rappelle que l'effet gyroscopique n'est pas ce que beaucoup pensent "le gyroscope s'oppose au changement de direction de rotation" et qui est complètement faux. On peut modifier sans grand effort (et avec un travail nul) la direction de l'axe de rotation d'un gyroscope, mais il faut appliquer le couple dans une autre direction que celle qui dicte l'intuition.
Et dans un vélo, le rôle de l'effet gyroscopique n'est pas d'empêcher le vélo de basculer, mais de tourner le guidon dans le bon sens quand le vélo s'incline de sorte que la force centrifuge l'empêche de tomber. Un vélo avec le guidon attaché tombe comme s'il était à l'arrêt.

La chasse joue certainement un rôle qui aide l'effet gyroscopique et qui aide le cycliste.

Cet article soufre de ne pas donner une explication satisfaisante du rôle de la chasse, et surtout de ne pas donner des valeurs quantitatives sur la stabilité. Ce qui est surprenant est qu'il ne semble pas que ces travaux aient été repris un peu plus "académiquement" avec des mesures sérieuses. Et que l'on fasse la différence entre la stabilité intrinsèque (sans cycliste) et la facilité de conduite. Les gens se limitent à le citer comme si c'était Parole Divine.
Au revoir.

[ansset]

bonjour LPFR,

merci bien pour cette piqure de rappel.
c'est un peu ce que j'essayais d'exprimer mais plus maladroitement.

[ansset]

Regarde ici, ça m'évitera d'user l'encre de mon clavier.
http://www.aviation-fr.info/dom/dominique24.php

Par rapport à ce site qui dit que l'équilibre d'un cerceau est assuré par effet centrifuge, on peut ajouter que, tournant aussi par rapport à un axe vertical puisqu'il décrit une courbe, l'effet gyroscopique correspondant tend à le redresser. Il y a là aussi deux effets.

Pour revenir au vélo (sans cycliste), l'effet gyroscopique est forcément présent mais il serait absent le vélo suivrait quand même une trajectoire courbe, le vélo étant théoriquement un peu plus penché pour une même courbe.

la je ne comprend rien.
s'il s'agit de dire qu'il faut un pilote dans l'avion pour savoir ou on va, je veux bien.
et personne n'a dit qu'un velo tout seul gererait une entree en virage , une conduite , et une sortie de virage.

quand à la ligne droite, ( velo seul )c'est un peu la meme chose.
le velo est sur un equilibre en partie stabilisé par l'effet gyroscopique, mais cette equilibre n'est pas totalement stabilisé sans les micro correction necessaire.
je dit micro, par rapport à la difficulté de mantenir un velo à l'arret, à part pour les acrobates.

donc l'effet primordial est bien la gyroscopie, même si le cycliste intervient.

[hlbnet]

Avez vous déjà essayé de tenir en équilibre sur une trotinette à toutes petites roues à l'arrêt ?

Eh bien, c'est beaucoup plus difficile que lorsqu'elle roule.
S'agit-il de l'influence de l'effet gyroscopique ?

Je me demande aussi ce que donnerait cette expérience de pensée:
- Je prends ma trotinette à petites roues et je remplace les deux roues par des lames de patin à glace.
- Je vais à la patinoire et j'essaie de tenir sur ma trotinette, d'abord à l'arrêt, puis en mouvement.

En l'absence d'effet gyroscopique, est-ce que la trotinette sur glace sera aussi instable à l'arrêt et en mouvement ?

[ansset]

Avez vous déjà essayé de tenir en équilibre sur une trotinette à toutes petites roues à l'arrêt ?

je comprend ou tu veux en venir.
mais en l'occurence, dans ce cas, même en mouvement il y a une correction permanente de la position du centre de gravité , et un effet gyroscopique faible.

ce n'est pas du tout le même cas de figure.
d'ailleurs une trotinette lancée toute seule tombe très très vite, justement.

[hlbnet]

Même en l'absence d'effet gyroscopique, une trotinette à toute petites roues est plus stable en mouvement qu'à l'arrêt lorsque je suis dessus.

Donc, il y a bien un mécanisme stabilisateur, qui fait intervenir l'utilisateur et qui fonctionne uniquement en mouvement et pas à l'arrêt, et qui n'est pas l'effet gyroscopique.

[ansset]

Même en l'absence d'effet gyroscopique, une trotinette à toute petites roues est plus stable en mouvement qu'à l'arrêt lorsque je suis dessus.

Donc, il y a bien un mécanisme stabilisateur, qui fait intervenir l'utilisateur et qui fonctionne uniquement en mouvement et pas à l'arrêt, et qui n'est pas l'effet gyroscopique.

je ne comprend pas la rhétorique.
un deux roues est plus stable avec un pilote ?
j'ai appris quelque chose, merci.

quand à la stabilité liée à la vitesse seule ( hors effet gyroscopique ), qui serait selon vous primordiale,
j'aimerai bien qu'on me la calcule.

[hlbnet]

je ne comprend pas la rhétorique.
un deux roues est plus stable avec un pilote ?
j'ai appris quelque chose, merci.
quand à la stabilité liée à la vitesse seule ( hors effet gyroscopique ), qui serait selon vous primordiale,
j'aimerai bien qu'on me la calcule.

C'est plus stable en mouvement que arrêté, avec un pilote dans les deux cas.
Essaie de tenir en équilibre sur une trotinette à l'arrêt sans poser le pied au sol !
Je ne compare pas la stabilité avec un pilote et sans pilote. Le pilote est là dans les deux cas !
Mais à l'arrêt le pilote a beaucoup de mal à rester en équilibre sur la trotinette, alors qu'en mouvement, ça marche sans problème.
Je le constate par simple expérience !

Or, l'effet gyroscopique des toutes petites roues doit être très faible.
Donc, il doit y avoir autre chose ... simple déduction.