Kurs techniczny wymaga dobrych umiejętności pokonywania zakrętów. Ale, zgodnie z fizyką, jak daleko możesz przechylić rower, zanim uderzysz w pokład?
Naukowcy zastanawiają się nad tym, co składa się na równowagę rowerową od czasów starego grosza. Wielu ekspertów sugerowało, że te obracające się obręcze sprawiają, że rower zachowuje się jak żyroskop, ale to nie jest takie proste. Grupa inżynierów z Nottingham University zidentyfikowała 25 oddzielnych zmiennych, które wpływają na ruch roweru, powołując się na to: „Proste wyjaśnienie nie wydaje się możliwe, ponieważ pochylenie i skręt są połączone przez kombinację efektów, w tym precesję żyroskopową, siły bocznej reakcji na podłoże na przednim kole, punkt styku z podłożem ciągnący się za osią skrętu, grawitacja i reakcje bezwładności…”
Wiadomo, że dopóki rower porusza się z prędkością około 14 km/h (9 mil/h), może pozostać w pozycji pionowej bez obecności rowerzysty. Ale znowu, naukowcy nie potrafią wyjaśnić dlaczego.
W tym tle, dodaj dodatkowy wymiar zakrętu i obliczanie kąta, o który możesz się przechylić podczas pokonywania zakrętów, zanim uderzysz w asf alt, to oczywiście skomplikowana sprawa. W odpowiednich warunkach można zobaczyć kąty 45°, ale jak do tego dojść?
„Wiemy, że na rower i kierowcę działają trzy prawdziwe siły” – mówi Rhett Allain, zapalony rowerzysta i profesor fizyki na Uniwersytecie Południowo-Wschodniej Luizjany w USA.
‘Jest siła grawitacji popychająca rower i jeźdźca w dół; jest droga pchająca do góry, którą nazywamy „normalną” siłą, i istnieje siła tarcia popychająca rower w kierunku środka okrężnej ścieżki, po której się porusza”.
Fałszywa siła
Istnieje również siła odśrodkowa.„To ma wpływ, ale to fałszywa siła” – mówi Allain. Wielu fizyków twierdzi, że siła odśrodkowa nie istnieje i jest po prostu brakiem siły dośrodkowej – siły przyciągającej do wewnątrz, która zapewnia, że rower porusza się po okręgu podobnym do przyciągania grawitacyjnego do wewnątrz satelity, aby utrzymać go na orbicie.
Oblicza się ją za pomocą równania F=mv2/r, gdzie F jest siłą dośrodkową (Newtony), m jest masą roweru i rowerzysty (kg), v jest prędkość (m/s), a r to promień narożnika w metrach.
‘Fizyka skręcania polega na tym, że robi się to poprzez przyspieszanie promieniowe do wewnątrz, co sprowadza się do siły dośrodkowej – mówi David Wilson, emerytowany profesor inżynierii w Massachusetts Institute of Technology.
‘Siła musi pochodzić z opon. Rower musi się pochylać, aby kombinacja reakcji opony i siły promieniowej była zgodna z wypadkową siłą roweru i rowerzysty”.
Również kluczem do tego, jak daleko możesz się przechylić, jest współczynnik tarcia, który jest stosunkiem siły tarcia między dwoma ciałami do siły przyłożonej do nich – w tym przypadku opony i asf altu.
Większość suchych materiałów ma wartości tarcia od 0,3 do 0,6, podczas gdy guma w kontakcie z asf altem może dawać wartości od jednego do dwóch. Gdy powierzchnie poruszają się względem siebie – zgodnie z cyklem – liczba ta nieznacznie maleje.
Aby rower pozostał w pozycji pionowej, siła boczna (dośrodkowa) musi być równa współczynnikowi tarcia, a liczba ta może być zaskakująco duża. Na przykład, 70-kilogramowy rowerzysta na 10-kilogramowym rowerze jadącym z prędkością 20 mil na godzinę po łuku o promieniu 20 m doświadcza siły dośrodkowej 316 niutonów.
Ta siła musi być generowana przez opony, a gdyby siła nie istniała, rowerzysta i rowerzysta po prostu jechaliby w linii prostej.
Używając imponujących obliczeń trygonometrycznych, które wypełniłyby całą książkę, współczynnik tarcia jest równy funkcji stycznej maksymalnego kąta pochylenia.
„Koło poślizgnie się, gdy współczynnik tarcia zostanie przekroczony”, mówi Marco Arkesteijn, wykładowca nauk o sporcie na Uniwersytecie Aberystwyth. „Może to być spowodowane wzrostem siły tarcia [na przykład z powodu naprężenia liny przez zakręt] lub zmniejszeniem normalnej siły [na przykład z powodu wgłębienia na drodze].”
Współczynnik tarcia może się również zmienić z powodu zmiany powierzchni. Dlatego pokonywanie zakrętów na białej linii może być niebezpieczne. „Jest to szczególnie widoczne na mokrej nawierzchni” – mówi Arkesteijn. „Farba jest mniej porowata, więc woda się nie rozprasza”.
Waga rowerzysty
Sprawę dodatkowo komplikuje kwestia wagi rowerzysty. „Z punktu widzenia fizyki, mniejsi faceci powinni być w stanie bardziej się pochylić” – mówi Arkesteijn. „Są też zwykle bardziej zwinne, co pomaga”.
Allain nie jest tak określony, co sugeruje, że chociaż waga rowerzysty ma „trochę”, większe znaczenie ma środek masy rowerzysty plus rower.
„Ostatecznie to najważniejszy czynnik”, mówi. Ciężsi kolarze są zazwyczaj wyższymi kolarzami, szczególnie w peletonie zawodowym, co oznacza, że ich rama jest większa, a środek masy wyższy. Musisz również wziąć pod uwagę warunki drogowe. Jeśli jesteś na granicy, wyboj na drodze może doprowadzić do utraty przyczepności i upadku.
Drogi w Wielkiej Brytanii są czasami bardziej przyczepne niż drogi naszych kuzynów z Europy kontynentalnej, ponieważ są bardziej porowate, aby pochłaniać deszcz i zapobiegać śliskiej nawierzchni. Dlatego nasze drogi są grubsze. Ale często są bardziej wyboiste i w gorszym stanie z powodu uszkodzeń spowodowanych mrozem, dlatego jazda na rowerze i jazda po Francji to absolutna przyjemność, gdy jest sucho.
Po tym wszystkim, jaki jest maksymalny kąt pochylenia? Dla profesora mechaniki i inżynierii Jima Papadopoulosa nie można na to odpowiedzieć, dopóki nie dodasz jednego ostatniego czynnika – śladu.
To jest wyimaginowana linia, która jest rzutowana w dół rury sterowej na ziemię. Jeśli ten punkt znajduje się przed punktem styku koła z podłożem, jest uważany za „dodatni” i jest bardziej stabilny. Z tyłu i rower jest bardziej podatny na przewrócenie. Trail zmniejsza się, im bardziej chudniesz.
„Rowerzyści mają tendencję do pozostawania w pozytywnym regionie szlaku i nie przekraczają 45° pochylenia”, mówi. „Zazwyczaj jest mniej, ale gdy zakręt ma promień większy niż 5m, możesz osiągnąć 45°. Dzieje się tak, ponieważ ślad staje się mniejszym problemem – wtedy wracamy do kwestii trakcji.”
Więc 45° jest możliwe na szybkim, szerokim, dobrze ukształtowanym zakręcie, ale przy tak wielu zmiennych w grze, niestety nie ma ostatecznej odpowiedzi. To, jak daleko możesz się oprzeć, to przypadek próby i (miejmy nadzieję, niezbyt bolesnego) błędu.
