Technický kurz si vyžaduje dobré zručnosti v zákrutách. Ale podľa fyziky, ako ďaleko môžete nakloniť bicykel, kým narazíte na palubu?
Vedci si lámu hlavu nad tým, čo tvorí rovnováhu na bicykli, už od čias, keď ste mali starý cent. Mnohí odborníci navrhli, aby sa tieto otáčajúce sa obruče správali ako gyroskop, ale nie je to také jednoduché. Skupina inžinierov z Nottinghamskej univerzity identifikovala 25 samostatných premenných, ktoré ovplyvňujú pohyb bicykla, pričom citovali: „Jednoduché vysvetlenie sa nezdá možné, pretože náklon a riadenie sú spojené kombináciou efektov, vrátane gyroskopickej precesie, laterálnych síl reakcie od zeme. na prednom kolese, kontakt so zemou za osou riadenia, gravitácia a zotrvačné reakcie…'
Je známe, že pokiaľ sa bicykel pohybuje rýchlosťou približne 14 km/h (9 mph), môže zostať vzpriamený bez prítomnosti jazdca. Vedci však opäť nevedia vysvetliť prečo.
V tomto pozadí nahoďte ďalší rozmer zákruty a výpočet uhla, o ktorý sa môžete nakloniť v zákrute pred tým, než narazíte na asf alt, je jednoznačne zložitá záležitosť. V správnych podmienkach je možné vidieť uhly 45°, ale ako sa do tohto bodu dostaneme?
„Vieme, že na bicykel a jazdca pôsobia tri skutočné sily,“hovorí Rhett Allain, vášnivý cyklista a docent fyziky na Univerzite v juhovýchodnej Louisiane v USA.
‘Je tu gravitačná sila, ktorá tlačí bicykel a jazdca dole; cesta sa tlačí nahor, čo nazývame „normálna“sila, a trecia sila tlačí bicykel smerom k stredu kruhovej dráhy, po ktorej sa pohybuje.‘
Falošná sila
Existuje aj odstredivá sila.„Toto má vplyv, ale je to falošná sila,“hovorí Allain. Mnoho fyzikov tvrdí, že odstredivá sila neexistuje a je to jednoducho nedostatok dostredivej sily – sily ťahajúcej dovnútra, ktorá zaisťuje, že sa bicykel pohybuje v kruhu podobnom gravitácii, ktorá ťahá dovnútra satelit, aby ho udržala na obežnej dráhe.
Vypočíta sa pomocou rovnice F=mv2/r, kde F je dostredivá sila (newtony), m je hmotnosť bicykla a jazdca (kg), v je rýchlosť (m/s) a r je polomer rohu v metroch.
„Fyzika jazdy v zákrute spočíva v tom, že to robíte zrýchľovaním radiálne smerom dovnútra, čo je spôsobené dostredivou silou,“hovorí David Wilson, emeritný profesor inžinierstva na Massachusetts Institute of Technology.
„Sila musí pochádzať z pneumatík. Bicykel sa musí nakloniť tak, aby kombinácia reakcie pneumatiky a radiálnej sily bola v súlade s výslednou silou bicykla a jazdca.‘
Kľúčom k tomu, ako ďaleko sa môžete nakloniť, je aj koeficient trenia, čo je pomer sily trenia medzi dvoma telesami a sily, ktorá na ne pôsobí – v tomto prípade pneumatika a asf alt.
Väčšina suchých materiálov má hodnoty trenia medzi 0,3 a 0,6, zatiaľ čo guma v kontakte s asf altom môže produkovať hodnotu od jednej do dvoch. Keď sa povrchy navzájom pohybujú – ako pri cyklovaní – toto číslo sa mierne znižuje.
Aby bicykel zostal vzpriamený, musí sa bočná sila (dostredivá) rovnať koeficientu trenia a toto číslo môže byť prekvapivo veľké. Napríklad 70-kilogramový jazdec na 10-kilogramovom bicykli, ktorý sa pohybuje rýchlosťou 20 míľ za hodinu v zákrute s polomerom 20 m, zažije dostredivú silu 316 Newtonov.
Túto silu musia vytvárať pneumatiky, a ak by sila neexistovala, bicykel a jazdec by jednoducho pokračovali v priamom smere.
Pomocou pôsobivých trigonometrických výpočtov, ktoré by zaplnili celú knihu, sa koeficient trenia rovná funkcii dotyčnice maximálneho uhla náklonu.
„Koleso sa prešmykne, keď sa prekročí koeficient trenia,“hovorí Marco Arkesteijn, lektor športových vied na Univerzite Aberystwyth. „Môže to byť spôsobené zvyšovaním trecej sily [napríklad v dôsledku napínania lana cez roh] alebo klesajúcej normálnej sily [napríklad v dôsledku priehlbiny na ceste].“
Koeficient trenia sa môže zmeniť aj v dôsledku zmeny povrchu. Preto môže byť zákruta na bielej čiare nebezpečná. „To platí najmä za mokra,“hovorí Arkesteijn. ‚Farba je menej porézna, takže voda sa nerozptyľuje.‘
Hmotnosť jazdca
Situáciu ešte viac skomplikuje otázka hmotnosti jazdca. „Z fyzikálneho hľadiska by sa menší chlapci mali vedieť viac nakloniť,“hovorí Arkesteijn. ‚Sú zvyčajne aj obratnejšie, čo pomáha.‘
Allain nie je celkom jednoznačný, čo naznačuje, že hoci na hmotnosti jazdca „trochu“záleží, dôležitejšie je ťažisko jazdca a bicykla.
„To je v konečnom dôsledku najdôležitejší faktor,“hovorí. Ťažší jazdci majú tendenciu byť vyššími jazdcami, najmä v profesionálnom pelotóne, čo znamená, že ich veľkosť rámu je väčšia a ich ťažisko je vyššie. Musíte tiež zohľadniť podmienky na ceste. Ak ste na limite, hrbol na ceste môže viesť k strate trakcie a pádu.
Cesty v Spojenom kráľovstve sú niekedy priľnavejšie ako cesty našich príbuzných v Európe, pretože sú poréznejšie, aby absorbovali dážď a zabránili šmykľavému povrchu. Preto sú naše cesty hrubšie. Ale často sú hrboľatejšie a v horšom stave v dôsledku poškodenia mrazom, preto je bicyklovanie a jazda vo Francúzsku absolútnou radosťou, keď je sucho.
Aký je po tom všetkom maximálny uhol náklonu? Profesor strojárstva a inžinierstva Jim Papadopoulos na to nemôže odpovedať, kým nepridáte jeden posledný faktor – stopu.
Toto je imaginárna čiara, ktorá sa premieta dole po tubuse volantu na zem. Ak je tento bod pred kontaktným bodom kolesa so zemou, považuje sa za „pozitívny“a je stabilnejší. Za a bicykel sa s väčšou pravdepodobnosťou prevráti. Trail znižuje, čím viac sa nakláňate.
„Cyklisti majú tendenciu zostať v oblasti pozitívnej stopy a neprekročia 45° sklonu,“hovorí. „Obyčajne je to menej, hoci keď je polomer otočenia väčší ako 5 m, môžete dosiahnuť 45°. Je to preto, že stopa sa stáva menej problémom – potom sa vrátime k otázke trakcie.“
Takže 45° je možné pri rýchlom, širokom obrate s dobrým povrchom, ale s toľkými premennými v hre, žiaľ, neexistuje jednoznačná odpoveď. Ako ďaleko sa dokážete nakloniť je prípad pokusu a (dúfajme, že nie príliš bolestivého) omylu.
