Încă, știința nu poate oferi un răspuns definitiv. Dar se apropie…
Mărind o bicicletă. E ca și cum mergi pe bicicletă, nu? Ei bine, nu dacă ești profesorul de la Universitatea Cornell Andy Ruina.
El, împreună cu co-autori Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman și Jaap Meijaard, a scris o lucrare intitulată O bicicletă poate fi auto-stabilă fără efecte giroscopice sau de ricin care sugerează că condițiile de stabilitate citate anterior nu explică suficient – și nici măcar nu sunt necesare – fenomenul bicicletei auto-stabile.
‘Este un lucru remarcabil că oamenii pot sta pe o bicicletă. Dar unul dintre cele mai uimitoare lucruri despre biciclete este că se pot echilibra singure,” spune Ruina.
Dând exemplul celebrei scene din filmul lui Jacques Tati, Jour de Fête, din 1949, în care poștașul rătăcit François își urmărește călărețul fugit în timp ce șerpuiește fără călăreți pe un drum de țară, Ruina și colegii săi de știință s-au apucat să exploreze înțelepciunea convențională care două condiții necesare pentru ca o bicicletă să rămână în poziție verticală au fost fie cuplul giroscopic al roților de întoarcere, fie traseul roții din față.
„Puteți ține o bicicletă în poziție verticală doar când se mișcă”, spune Ruina. „Ceea ce este bine cunoscut este că direcția îți oferă echilibru. Putem arăta acest lucru dacă blocăm direcția pe o bicicletă fără călăreț, o împingem, apoi o dăm drumul. Bicicleta se va răsturna rapid, în același mod în care se prăbușește când este staționară.’
Ruina aseamănă efectul cu echilibrarea unei mături pe mână. Pe măsură ce mătura verticală începe să se încline spre stânga, echilibrerul își mișcă mâna și spre stânga, aducând partea inferioară a măturii înapoi sub partea superioară care cădea, recâștigând astfel echilibrul. Dar scoțând pilotul din ecuație, de ce se întâmplă asta cu o bicicletă?
‘Oamenii cred în mod natural că, dacă ceva se învârte repede, devine rigid din cauza efectului giroscopic, așa că atunci când îl întorci, vrea să se întoarcă în sens invers. Aceasta este o explicație comună. Celăl alt este că o bicicletă se comportă ca o roată pe un cărucior de cumpărături.
Punctul de contact
Oamenii presupun că punctul real de contact cu solul al roții din față se află în fața axei de direcție, din cauza unghiului capului și a cotei furcii. Dar, de fapt, roata atinge podeaua chiar în spatele acestei axe.”
Rezultatul este că, la fel ca o roată care se poate mișca la 360° în jurul unei axe verticale (imaginați-vă că setul cu cască este rulmentul roții și butucul este axa acestuia), roata din față vă „urmează” ghidonul. Așadar, ca un cărucior de cumpărături, împingeți-vă bicicleta înainte, iar roata din față se încadrează neapărat și merge în spatele direcției de mers.
Cu toate acestea, calculele cercetătorilor au arătat că nici efectul giroscopic, nici efectul de rotiță nu este de fapt responsabil pentru tendința unei biciclete de a se direcționa și de a se autostabiliza.
Pentru a dovedi acest lucru, Ruina și echipa sa au construit ceea ce ei numesc „Two Mass Skate” (TMS). Arătând ceva ca un scuter pliabil, TMS are aceleași proprietăți ca o bicicletă – două roți și o secțiune de masă față și spate conectate printr-o balama (adică, setul cu cască) – dar este făcut în așa fel încât să nu fie predispus la efecte giroscopice sau de ricină.
Pentru a realiza acest lucru, două roți mici intră în contact cu solul, fiecare cu o roată care se atinge și, prin urmare, contra-rotativă de masă egală în partea de sus, care anulează orice efect giroscopic cu mișcare opusă (roțile TMS funcționează mai mult ca niște patine). Iar punctul de contact al roții din față se află în fața axei de direcție, nu în spatele ca în cazul unei roți.
Atunci când este împinsă și eliberată, această „bicicletă” fără roți și fără potecă rămâne în poziție verticală, chiar și se corectează atunci când este lovită din lateral.
Acest lucru demonstrează, prin urmare, că altceva, în afară de efectele giroscopice sau rotile, trebuie să fie responsabil pentru tendința unei biciclete de a se autostabiliza prin direcția sub ea însăși. Pentru a explica acest lucru, cercetătorii presupun că distribuția masei, în special pe ansamblul direcției, este esențială.
Revenind la exemplul măturii, Ruina sugerează: „TMS-ul are o masă care este înainte de axa de direcție, precum și o masă în cadru. Când partea din față a unei biciclete cade, aceasta cade mai repede, la fel ca și cum ai echilibra un creion pe mână, va cădea mai repede decât o mătură.
Deci masa din față scade mai repede decât masa din spate, dar sunt conectate între ele prin axa de direcție. Astfel, în încercarea de a cădea mai repede, partea din față provoacă direcția și aduce bicicleta înapoi sub ea însăși.’
Ruina subliniază că acest lucru încă nu rezolvă problema stabilității unei biciclete, nu în ultimul rând în ceea ce privește o bicicletă fără călăreți. Dar ceea ce face este să ridice întrebări noi despre cum rămânem în poziție verticală pe o bicicletă, care ar putea duce într-o zi la schimbări fundamentale de design.
După cum spun cercetătorii: „Aceste rezultate sugerează că procesul evolutiv care a condus la proiecte comune de biciclete actuale s-ar putea să nu fi explorat încă regiuni potențial utile în spațiul de proiectare.” Așadar.
