Az igazi fizika a FreeRider kétkerekű egyensúly mögött
Traian Goga a magazin kezdete óta a FreeRider.ro szerkesztője
Következő cikk
Pure Fix Kilo: az éjszaka ragyogó kerékpár
Az első méterektől kezdve két keréken anélkül, hogy az egyik szülő keze megtartana minket a nyeregnél, tudjuk, hogy a tehetetlenségnek köszönhetően meg tudjuk őrizni az egyensúlyt a kerékpáron. Vagy ahogy Albert Einstein plasztikusan összefoglalta: az élet olyan, mint a kerékpározás; el kell mennie, hogy megőrizze egyensúlyát. De valóban így van? A tehetetlenség az az erő, amelynek meg kell köszönnünk a kerékpározás csodáját?
Nos, úgy tűnik, nem igazán. Két fizikus, J. Lowell és H.D. McKell, amelyet 1982-ben az American Journal of Physics publikált, egy nagyon érdekes és részletes tanulmányt arról, hogy a kerékpáros miért képes megőrizni egyensúlyát. Röviden: a kerékpár nem úgy viselkedik, mint a tehetetlensége következtében mozgó test, hanem mint egy giroszkóp, köszönhetően a kerék által generált kinetikus momentumnak, amely stabilizálja az egész kerékpárt. Ugyanakkor ez a giroszkópos viselkedés segíti az irányváltást, nem pedig a kormány! A magyarázatok az alábbiakban következnek.
Miután bizonyította, hogy a kerék mozgása kinetikus momentumot hoz létre, Lowell és McKell megállapították a kerékpár ezen elemének giroszkópos jellegét. Viszont erre a mozgási pillanatra centrifugális erő hat, ami az az igazi elem, amely stabilitást biztosít a mozgásban lévő kerékpárnak. Ezért sem a tehetetlenség, sem a mozgás sebessége nem kritikus tényező az egyensúly szempontjából. De csak most jön az érdekes rész!
Korábban elmondtam, hogy az irányváltás (fordulás) közvetlenül kapcsolódik ehhez a giroszkópos mozgáshoz és transzlatív módon a centrifugális erőhöz. A talajra merőlegesen tartott kerékpár egyenesen halad. Még ha van is kísértés ennek a tehetetlenségnek tulajdonítani, ezt a centrifugális erő teszi lehetővé. Bizonyításként, ha balra billenti a kerékpárt, akkor az egész kerékpár balra fordul, annak ellenére, hogy a kormány egyenes.
Ez annak a tengelynek a változásának tudható be, amely körül a kerekek forognak, és a forgatónyomaték megváltozik. A cselekvésre azonban csak olyan helyzetekben kerül sor, ahol nagy a sebesség. Ha nem, akkor a hagyományos kormányt kell használni a forduláshoz. Ez olyan, mint ami a velodromon történik. Mivel a kerékpárosok nagyon nagy sebességet érnek el, több mint 70 km/h-t, és a pálya hossza 330 méter (legtöbbször), a kanyarokat nagy szögben, gyakran 30 fok felett hajlítva építik. Így a maximális sebességgel rendelkező sportolóknak nem kell a kormányt mozgatniuk, amikor a kanyarban vannak, hanem csak egyenesen kell tartaniuk, mint az alábbi képen.