Jak dotąd nauka nie jest w stanie dostarczyć ostatecznej odpowiedzi. Ale jest coraz bliżej…
Jazda na rowerze. To jak jazda na rowerze, prawda? Cóż, nie, jeśli jesteś profesorem Uniwersytetu Cornell, Andym Ruiną.
On, wraz ze współautorami Jimem Papadopoulosem, Arendem Schwabem, Jodi Kooijman i Jaapem Meijaardem, napisał artykuł zatytułowany Rower może być samostabilny bez efektu żyroskopowego lub rycynowego, który sugeruje, że wcześniej cytowane warunki stabilności nie wystarczająco wyjaśniają – a nawet nie są do tego potrzebne – zjawisko samostabilnego roweru.
‘To niezwykła rzecz, że ludzie w ogóle mogą pozostać na rowerze. Ale jedną z najbardziej niesamowitych rzeczy w rowerach jest to, że potrafią się utrzymać w równowadze”, mówi Ruina.
Podając przykład słynnej sceny w filmie Jacquesa Tatiego z 1949 r. Jour de Fête, w której nieudolny listonosz François ściga swojego zbiegłego rumaka, jadącego bez jeźdźca po wiejskiej drodze, Ruina i jego koledzy naukowcy zabrali się do odkrywania konwencjonalnej mądrości, dwoma niezbędnymi warunkami, aby rower pozostał w pozycji pionowej, był albo żyroskopowy moment obrotowy obracających się kół, albo ślad kółka przedniego koła.
„Możesz utrzymać rower w pozycji pionowej tylko wtedy, gdy się porusza”, mówi Ruina. „Dobrze wiadomo, że kierowanie zapewnia równowagę. Możemy to pokazać, jeśli zablokujemy kierownicę roweru bez kierowcy, popchniemy go, a następnie puszczamy. Rower szybko przewróci się w taki sam sposób, w jaki przewraca się, gdy jest nieruchomy.”
Ruina porównuje efekt do balansowania miotłą na dłoni. Gdy miotła pionowa zaczyna przechylać się w lewo, balanser przesuwa rękę również w lewo, sprowadzając spód miotły z powrotem pod opadający wierzchołek, odzyskując w ten sposób równowagę. Ale wyrywając rowerzystę z równania, dlaczego tak się dzieje z rowerem?
‘Ludzie naturalnie myślą, że jeśli coś kręci się szybko, sztywnieje z powodu efektu żyroskopowego, więc kiedy nim obracasz, chce się obrócić w drugą stronę. To jedno powszechne wyjaśnienie. Po drugie, rower zachowuje się jak kółka na wózku na zakupy.
Punkt kontaktowy
Ludzie zakładają, że rzeczywisty punkt kontaktu przedniego koła z podłożem znajduje się przed osią skrętu ze względu na kąt główki i nachylenie widelca. Ale w rzeczywistości koło styka się z podłogą tuż za tą osią.”
W rezultacie, podobnie jak kółko, które może poruszać się o 360° wokół pionowej osi (wyobraź sobie, że ster jest łożyskiem kółka, a piasta jego osią), przednie koło „podąża” za kierownicą. Więc jak wózek na zakupy, pchaj rower do przodu, a przednie koło koniecznie wsuwa się i ciągnie za kierunkiem jazdy.
Jednak obliczenia naukowców wykazały, że ani efekt żyroskopowy, ani mechanizm samonastawny nie są w rzeczywistości odpowiedzialne za skłonność roweru do kierowania i samostabilizacji.
Aby to udowodnić, Ruina i jego zespół skonstruowali coś, co nazywają „Two Mass Skate” (TMS). Wyglądający jak składana hulajnoga, TMS ma te same właściwości co rower – dwa koła oraz przednią i tylną część masy połączone zawiasem (czyli sterem) – ale jest wykonany w taki sposób, że nie jest podatne na efekt żyroskopowy lub rycynowy.
Aby to osiągnąć, dwa małe kółka stykają się z podłożem, każde z dotykającym, a tym samym przeciwbieżnym kołem o równej masie na górze, co niweluje każdy efekt żyroskopowy z przeciwstawnym ruchem (koła TMS działają bardziej jak łyżwy). A punkt styku przedniego koła znajduje się przed osią skrętu, a nie z tyłu, jak w przypadku kółka.
Po pchnięciu i zwolnieniu ten „rower” bez kółek, bez szlaków, pozostaje w pozycji pionowej, a nawet koryguje się po odrzuceniu z boku.
Dowodzi to zatem, że coś innego niż efekt żyroskopowy lub samonastawny musi odpowiadać za skłonność roweru do samostabilizacji poprzez kierowanie się samym sobą. Aby to wyjaśnić, naukowcy zakładają, że kluczowe znaczenie ma rozkład masy, szczególnie na układzie kierowniczym.
Wracając do przykładu z miotłą, Ruina sugeruje: „TMS ma masę, która znajduje się przed osią skrętu, a także masę w ramie. Gdy przód roweru opada, spada szybciej, tak jak po balansowaniu ołówkiem na dłoni spadnie szybciej niż miotła.
Więc masa przednia spada szybciej niż masa tylna, ale są one połączone ze sobą przez oś sterującą. Tak więc przy próbie szybszego upadku przód powoduje kierowanie i wciąga motocykl z powrotem pod siebie.”
Ruina zwraca uwagę, że to nadal nie rozwiązuje kwestii stabilności roweru, zwłaszcza jeśli chodzi o rower bez rowerzysty. Ale to, co robi, to rzucanie nowych pytań o to, jak utrzymujemy się na rowerze, co może pewnego dnia doprowadzić do fundamentalnych zmian w projekcie.
Jak to ujęli naukowcy: „Te wyniki wskazują, że proces ewolucyjny, który doprowadził do powszechnych współczesnych projektów rowerów, mógł jeszcze nie zbadać potencjalnie użytecznych regionów w przestrzeni projektowej”.
