Za sada, nauka nije u stanju dati konačan odgovor. Ali sve je bliže…
Vožnja bicikla. To je isto kao vožnja bicikla, zar ne? Pa, ne ako ste profesor Univerziteta Cornell Andy Ruina.
On je, zajedno sa koautorima Jimom Papadopoulosom, Arendom Schwabom, Jodi Kooijmanom i Jaapom Meijaardom, napisao rad pod naslovom Bicikl može biti samostabilan bez žiroskopskih ili kastorovih efekata koji sugerira da prethodno citirani uvjeti stabilnosti nisu dovoljno objašnjavaju – a nisu ni potrebni za – fenomen samostabilnog bicikla.
‘Izuzetna je stvar da ljudi uopće mogu ostati na biciklu. Ali jedna od najnevjerovatnijih stvari kod bicikala je to što se mogu balansirati, ' kaže Ruina.
Dajući primjer čuvene scene u filmu Jacquesa Tatija iz 1949. Jour de Fête, gdje poštar François juri svog odbjeglog konja dok vijuga bez jahača niz seoski put, Ruina i njegovi kolege naučnici krenuli su u istraživanje konvencionalne mudrosti koja dva neophodna uslova da bi bicikl ostao uspravan su ili žiroskopski moment okretanja točkova ili trag kotača prednjeg točka.
‘Možete držati bicikl uspravno samo kada se kreće’, kaže Ruina. „Ono što je dobro poznato je da vam upravljanje daje ravnotežu. To možemo pokazati ako zaključamo upravljač na biciklu bez vozača, gurnemo ga, a zatim pustimo. Bicikl će se brzo prevrnuti na isti način na koji se prevrne kada miruje.’
Ruina upoređuje efekat sa balansiranjem metle na ruci. Kako se vertikalna metla počinje naginjati ulijevo, balanser pomiče svoju ruku također ulijevo, vraćajući dno metle ispod njenog padajućeg vrha, čime vraća ravnotežu. Ali vadeći vozača iz jednačine, zašto se to dešava sa biciklom?
‘Ljudi prirodno misle da ako se nešto brzo okreće, postaje kruto zbog žiroskopskog efekta, pa kada ga okrenete, ono želi da se okrene na drugu stranu. To je jedno uobičajeno objašnjenje. Drugi je da se bicikl ponaša kao kotač na kolicima za kupovinu.
Kontaktna tačka
Ljudi pretpostavljaju da je stvarna tačka kontakta prednjeg točka sa tlom ispred ose upravljanja zbog ugla glave i nagiba viljuške. Ali zapravo točak dodiruje pod odmah iza ove ose.’
Rezultat je da, poput kotača koji se može kretati za 360° oko vertikalne ose (zamislite da su vaše slušalice ležaj kotača, a vaša glavčina njegova osovina), vaš prednji točak 'prati' vaš upravljač. Dakle, poput kolica za kupovinu, gurnite svoj bicikl naprijed i prednji točak se nužno uvlači i vuče iza smjera vožnje.
Međutim, proračuni istraživača su pokazali da ni žiroskopski ni efekat kotačića zapravo nisu odgovorni za sklonost bicikla da se upravlja i samostabilizuje.
Da bi to dokazali, Ruina i njegov tim su konstruirali ono što nazivaju 'Two Mass Skate' (TMS). Izgledajući nešto poput sklopivog skutera, TMS ima ista svojstva kao i bicikl – dva točka i prednji i zadnji dio mase koji su povezani šarkom (tj. slušalicama) – ali je napravljen tako da nije sklon žiroskopskim ili ricinusovim efektima.
Da bi se to postiglo, dva mala točka dodiruju tlo, svaki sa dodirnim i stoga suprotno rotirajućim točkom jednake mase na vrhu, što poništava svaki žiroskopski efekat sa suprotnim pokretom (TMS-ovi točkovi funkcionišu više kao klizaljke). A kontaktna tačka prednjeg točka leži ispred ose upravljanja, a ne iza kao kod točkića.
Kada se gurne i pusti, ovaj 'bicikl' bez kotačića, bez traga ostaje uspravan, čak se i ispravlja kada se udari sa strane.
Ovo stoga dokazuje da nešto drugo, osim žiroskopskih ili kotačića, mora biti odgovorno za sklonost bicikla da se samostabilizuje upravljanjem ispod sebe. Da bi ovo objasnili, istraživači smatraju da je distribucija mase, posebno na upravljačkom sklopu, ključna.
Vraćajući se na primjer metle, Ruina sugerira: 'TMS ima masu koja je ispred ose upravljanja, kao i masu u okviru. Kada padne prednji dio bicikla, on pada brže, baš kao da balansirate olovku na ruci, ona će pasti brže od metle.
Dakle, prednja masa pada brže od zadnje mase, ali su međusobno povezane osovinom upravljanja. Tako u pokušaju bržeg pada prednji kraj uzrokuje upravljanje i vraća bicikl ispod sebe.’
Ruina ističe da ovo još uvijek ne rješava pitanje stabilnosti bicikla, pogotovo što se tiče bicikla bez vozača. Ali ono što radi je postavlja nova pitanja o tome kako ostajemo uspravni na biciklu, što bi jednog dana moglo rezultirati fundamentalnim promjenama dizajna.
Kao što su istraživači rekli: 'Ovi rezultati upućuju na to da evolucijski proces koji je doveo do uobičajenih sadašnjih dizajna bicikala možda još nije istražio potencijalno korisne regije u prostoru dizajna.' Dakle.
