Как велосипед поглощает всю энергию при приземлении от большого падения?

Есть бесчисленное множество видео, показывающих, как райдеры BMX / фрирайд / скоростной спуск и т.д. прыгают и падают с высоты. Для непрофессионального зрителя они кажутся невозможными для выживания. С физической точки зрения, велосипед достигает земли с заданной кинетической энергией, которая зависит от высоты сброса и от общей массы водителя и велосипеда. Где вся эта энергия рассеивается? Я предполагаю, что большая часть этой энергии поглощается велосипедом, а часть - гонщиком. Как эта энергия распределяется в различных компонентах велосипеда?

Физика!
Прыжки в высоту - это рассеивание инерции, которую создала надоедливая старая гравитация в вашем путешествии на Землю. Чем лучше вы рассеиваете эту инерцию, тем выше вероятность того, что вы не убьете себя.
Здесь есть несколько факторов:

• Переход посадки.
  Посадка почти всегда наклонена вниз. Объедините импульс движения вперед с уклоном, и вы получите значительно более мягкую посадку, чем при приземлении на ровную поверхность. Это одна из главных причин того, что гонщики получают травмы, когда выходят за пределы посадочного перехода.
• Подвеска.
  Немного подвески проходит долгий путь, а большая подвеска идет еще дальше. Величина гашения удара, которую даст даже дюйм, огромна. Подумайте об этом с точки зрения того, каково это упасть назад на матрас против падения назад в высокую траву или снег при одинаковом расстоянии. Придание мягких поверхностей уменьшает вашу скорость и рассеивает вашу инерцию, которая удерживает вас от того, чтобы вы ломали голову, как на бетоне. Велосипеды с большим успехом могут иметь 8 или 10 дюймов (или больше) хода подвески. Это много путешествий, чтобы рассеять влияние. Даже шины обеспечивают небольшую слабость, что особенно важно для гонщиков BMX (и именно поэтому жесткие гонщики на горных велосипедах, как правило, используют шины большего объема).
• Правильная посадка (как вы используете свой велосипед и подвеску велосипеда)
  Обратите внимание, как большинство гонщиков сначала приземляется на заднее колесо, особенно на более плоских приземлениях, которые распространены в испытаниях и уличных BMX. Это дополнительно уменьшает воздействие, потому что водитель может, в некотором смысле, использовать отдачу передней и задней части мотоцикла подряд. Это эффективно как для жестких, так и для подвесных велосипедов. Приземлившись сначала на заднее колесо, вы можете использовать мотоцикл в качестве своего рода рычага - поглощая часть удара и уменьшая скорость вашего тела до приземления переднего колеса. Это достигается, если ваш вес сбалансирован правильно, опираясь на педали и руль. Эффект еще больше для велосипеда с подвеской. Когда заднее колесо ударяет, задний амортизатор впитывает все, что может, затем переднее колесо опускается, и вилка впитывается еще больше. Сравните это с посадкой абсолютно ровной (оба колеса одновременно), когда мотоцикл будет обеспечивать примерно столько же подвески, сколько усредненный ход комбинации передних и задних амортизаторов, либо для жесткого велосипеда - только столько, сколько шины. даст (ой!). Посадка заднего колеса в первую очередь не означает, что вы получаете вдвое больше хода, но, безусловно, дает велосипеду больше времени, чтобы рассеять силу приземления.
• Колени и локти (даже больше подвески)
  Действительно, это касается большинства ваших суставов - любой части тела, которая может сгибаться и двигаться, чтобы выдержать удар. Вы не видите, как наездники делают большие прыжки и приземляются сидя. Это потому, что они используют свои руки и ноги, чтобы взять на себя как можно больше удара, которого не мог мотоцикл.

Когда вы объединяете все эти элементы в гармонии, вы получаете действительно значительное количество движения, и, хотя для совершения большого прыжка требуется всего лишь доли секунды, достаточно времени, чтобы замедлить массу гонщика и не дать ему стать жирное пятно в нижней части The Tooney Drop .

Вы упомянули КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ, которая, очевидно, должна куда-то идти. Иногда у вас есть стойка регистрации, и мотоцикл движется со скоростью, но иногда, как при пробной поездке на велосипеде, мотоцикл приземляется «ровно» на обычный бетон. Иногда и фрирайдеры приземляются на плоском бетоне со скоростью, и, по крайней мере, вертикальная составляющая кинетической энергии капли исчезает.

Я бы сказал, что есть только три места, куда эта энергия может идти:

1. Большая часть этого нейтрализуется замедляющими силами, созданными наездником. Чем больше техники и стиля, тем большее количество энергии может быть поглощено. Обычно это означает, что мышцы-разгибатели выполняют эксцентрическое сокращение (прикладывая силу во время растяжения, чтобы замедлить / противодействовать движению сустава). Это подразумевает расход энергии мышечными клетками, которые поступают из пищи калорий. Если падение велико, большинство гонщиков предпочитают приземляться сзади, поэтому у них больше времени, чтобы действовать с той же силой, и больше групп мышц, чтобы действовать во время каждой части приземления (это очень быстро и хорошо отработанные навыки).
2. В велосипеде с подвеской МНОГО кинетической энергии может «исчезнуть» внутри амортизаторов из-за высокоскоростного вязкого потока масла, что повышает температуру масла. Современные экстремальные подвески для свободного хода с большим ходом содержат много масла, работают с более низкими скоростями потока (большие отверстия, большие отверстия клапанов), поэтому масло не достигает слишком высоких температур.
3. Наконец, деформация поверхности раздела шины / рельефа может поглощать много энергии и уменьшать пик-замедление (удар) при посадке. Хорошими примерами посадки могут служить мягкий песчаный пляж, трава и некоторые виды грязи.

Важно отметить, что жесткие элементы велосипеда (рама, колеса) не поглощают кинетическую энергию, а только передают силы куда-то еще. Кроме того, просто чтобы добавить к тому, что сказал @ jm2, суставы только передают силы и (к счастью) не занимают сколько-нибудь значительного количества энергии: кинетическая энергия приземления компенсируется сокращением мышц, действующим через сустав.

Как уже говорилось в jm2 ... есть много причин, по которым гонщики могут брать большие капли. Однако, как ваш вопрос был, как это распространяется ...

Посмотрите на поворотный рычаг в качестве примера ... вертикальный удар велосипеда заставляет заднюю нижнюю стойку двигаться вверх от точки поворота на рукоятке. Это движение (сила) перенаправляется на верхнюю заднюю стойку и переносится на амортизатор, который поглощает большую часть силы, прежде чем окончательно перенести последнюю величину на трубку седла под перпендикулярным углом к ​​водителю, не находящемуся в нем.

Вот почему полная сила не распространяется непосредственно на ноги гонщиков.

Геометрия - это то, что разделяет львиную долю на 10-дюймовые удары, которые позволяют наезднику упасть на 20 футов, не разрушая сначала мотоцикл, а затем остаются с гораздо меньшим количеством энергии, чтобы всасывать его / ее ноги и руки.