Veda zatiaľ nedokáže poskytnúť definitívnu odpoveď. Ale už sa to blíži…
Jazda na bicykli. Je to ako jazdiť na bicykli, však? Nie, ak ste profesor Cornell University Andy Ruina.
Spolu so spoluautormi Jimom Papadopoulosom, Arendom Schwabom, Jodi Kooijman a Jaapom Meijaardom napísal článok s názvom Bicykel môže byť samostabilný bez gyroskopických alebo ricínových efektov, ktorý naznačuje, že vyššie uvedené podmienky stability nie sú dostatočne vysvetliť – a ani to nie je potrebné – fenomén autostabilného bicykla.
„Je pozoruhodná vec, že ľudia vôbec dokážu zostať na bicykli. Ale jednou z najúžasnejších vecí na bicykloch je to, že sa dokážu vyvážiť,“hovorí Ruina.
Na príklade slávnej scény vo filme Jacquesa Tatiho Jour de Fête z roku 1949, kde zbabraný poštár François naháňa svojho utečeného koňa, ktorý sa vinie bez jazdca po vidieckej ceste, sa Ruina a jeho kolegovia vedci pustili do skúmania konvenčnej múdrosti, že dve nevyhnutné podmienky na to, aby bicykel zostal vo vzpriamenej polohe, boli buď gyroskopický krútiaci moment otáčania kolies, alebo dráha otočných kolies predného kolesa.
„Bicykel môžete držať vo vzpriamenej polohe, len keď sa pohybuje,“hovorí Ruina. „Je dobre známe, že riadenie vám dáva rovnováhu. Môžeme to ukázať, ak uzamkneme riadenie na bicykli bez jazdca, zatlačíme ho a potom ho pustíme. Bicykel sa rýchlo prevráti rovnakým spôsobom, ako keď sa prevráti, keď stojí.‘
Ruina tento efekt prirovnáva k balansovaniu metly na ruke. Keď sa vertikálna metla začne nakláňať doľava, vyvažovač pohne rukou tiež doľava, čím sa spodná časť metly vráti späť pod jej klesajúci vrch, čím znovu nadobudne rovnováhu. Ale keď vynecháme jazdca z rovnice, prečo sa to deje na bicykli?
‘Ľudia si prirodzene myslia, že ak sa niečo rýchlo točí, vďaka gyroskopickému efektu to stuhne, takže keď to otočíte, chce sa to otočiť na druhú stranu. To je jedno bežné vysvetlenie. Druhým je, že bicykel sa správa ako koliesko na nákupnom vozíku.
Kontaktný bod
Ľudia predpokladajú, že skutočný bod kontaktu predného kolesa so zemou je pred osou riadenia kvôli uhlu hlavy a sklonu vidlice. Ale v skutočnosti sa koleso dotýka podlahy hneď za touto osou.‘
Výsledkom je, že podobne ako koliesko, ktoré sa môže pohybovať o 360° okolo zvislej osi (predstavte si, že vaše náhlavná súprava je ložisko kolieska a váš náboj je jeho oska), vaše predné koleso „sleduje“vaše riadidlá. Takže ako nákupný vozík, posuňte svoj bicykel dopredu a predné koleso sa nevyhnutne zasunie a bude sa pohybovať po smere jazdy.
Výpočty vedcov však ukázali, že ani gyroskopický efekt ani efekt kolies nie je v skutočnosti zodpovedný za sklon bicykla k riadeniu a autostabilizácii.
Na dôkaz toho Ruina a jeho tím skonštruovali to, čo nazývajú „Two Mass Skate“(TMS). TMS vyzerá ako skladacia kolobežka a má rovnaké vlastnosti ako bicykel – dve kolesá a predná a zadná časť hmoty spojená závesom (t. j. headset) – je však vyrobená tak, že nie je náchylné na gyroskopické alebo kolieskové efekty.
Na dosiahnutie tohto cieľa sú dve malé kolieska v kontakte so zemou, každé s dotýkajúcim sa a teda protibežným kolieskom rovnakej hmotnosti navrchu, ktoré ruší akýkoľvek gyroskopický efekt opačným pohybom (kolesá TMS fungujú skôr ako korčule). A kontaktný bod predného kolesa leží pred osou riadenia, nie vzadu ako pri koliesku.
Keď zatlačíte a uvoľníte, tento „bicykel“bez koliesok bez ťahača zostane vzpriamený, dokonca sa upraví aj pri náraze zo strany.
To teda dokazuje, že za tendenciu bicykla k samostabilizácii riadením pod seba musí byť zodpovedné niečo iné, než gyroskopické efekty alebo efekty kolies. Aby sme to vysvetlili, výskumníci predpokladajú, že rozloženie hmoty, najmä na zostave riadenia, je kľúčové.
Vráťme sa k príkladu metly a Ruina navrhuje: „TMS má hmotu, ktorá je pred osou riadenia, ako aj hmotu v ráme. Keď predná časť bicykla spadne, padá rýchlejšie, rovnako ako keď si držíte ceruzku na ruke, spadne rýchlejšie ako metla.
Predná hmota teda klesá rýchlejšie ako zadná hmota, no sú navzájom spojené osou riadenia. V snahe spadnúť rýchlejšie predná časť spôsobí riadenie a vráti bicykel pod seba.‘
Ruina poukazuje na to, že to stále nerieši otázku stability bicykla, v neposlednom rade pokiaľ ide o bicykel bez jazdca. Ale to, čo robí, je vyvolávať nové otázky o tom, ako zostaneme na bicykli vzpriamení, čo môže jedného dňa viesť k zásadným zmenám dizajnu.
Ako povedali výskumníci: „Tieto výsledky naznačujú, že evolučný proces, ktorý viedol k bežným súčasným dizajnom bicyklov, možno ešte nepreskúmal potenciálne užitočné oblasti v dizajnovom priestore.“Takže áno.
