Tehnički kurs zahtijeva dobre vještine skretanja. Ali, prema fizici, koliko daleko možete prevrnuti svoj bicikl prije nego što udarite na palubu?
Naučnici se zbunjuju oko toga šta čini ravnotežu bicikla još od vremena vašeg starog peni fartinga. Mnogi stručnjaci sugerirali su da ti obruči koji se vrte čine da se bicikl ponaša kao žiroskop, ali to nije tako jednostavno. Grupa inženjera sa Univerziteta Nottingham identifikovala je 25 odvojenih varijabli koje utiču na kretanje bicikla, navodeći da „jednostavno objašnjenje nije moguće jer su naginjanje i upravljanje povezani kombinacijom efekata, uključujući žiroskopsku precesiju, bočne sile reakcije na tlo. na prednjem točku, kontaktna tačka sa tlom koja se vuče iza ose upravljanja, gravitacija i inercijalne reakcije…'
Ono što se zna je da sve dok se bicikl kreće brzinom od oko 14kmh (9mph), može ostati uspravno bez prisustva vozača. Ali opet, naučnici ne mogu objasniti zašto.
U tom kontekstu, ubacite dodatnu dimenziju krivine i izračunavanje ugla do kojeg se možete nagnuti dok skretate pre nego što udarite na asf alt je očigledno složena stvar. U pravim uslovima moguće je videti uglove od 45°, ali kako da dođemo do te tačke?
‘Znamo da postoje tri stvarne sile koje djeluju na bicikl i vozača,’ kaže Rhett Allain, strastveni biciklista i vanredni profesor fizike na Univerzitetu Jugoistočne Luizijane u SAD-u.
‘Postoji gravitaciona sila koja gura bicikl i vozača prema dolje; postoji put koji se gura prema gore, što mi zovemo "normalna" sila, a tu je i sila trenja koja gura bicikl prema centru kružne staze kojom se kreće.’
Lažna sila
Postoji i centrifugalna sila.„Ovo ima uticaja, ali je lažna sila“, kaže Allain. Mnogi fizičari tvrde da centrifugalna sila ne postoji i da je jednostavno nedostatak centripetalne sile – sile koja vuče prema unutra koja osigurava da se bicikl kreće u krugu slično kao gravitacija koja vuče prema unutra na satelitu kako bi ga zadržala u orbiti.
Izračunava se pomoću jednačine F=mv2/r, gdje je F centripetalna sila (njutni), m masa bicikla i vozača (kg), v je brzina (m/s) i r je poluprečnik ugla u metrima.
‘Fizika vožnje u skretanju je da to radite radijalno ubrzavajući prema unutra, što se svodi na centripetalnu silu,’ kaže David Wilson, emeritus profesor inženjerstva na Massachusetts Institute of Technology.
‘Sila mora doći iz guma. Bicikl se mora nagnuti tako da kombinacija reakcije gume i radijalne sile bude u skladu sa rezultujućom silom bicikla plus vozača.’.
Također je ključ za to koliko daleko se možete nagnuti je koeficijent trenja, koji je omjer sile trenja između dva tijela i sile koja se primjenjuje na njih – u ovom slučaju guma i asf alt.
Većina suvih materijala ima vrednosti trenja između 0,3 i 0,6, dok guma u kontaktu sa asf altom može da proizvede broj između jedan i dva. Kada se površine pomiču jedna u odnosu na drugu – prema cikliranju – ova brojka se blago smanjuje.
Da bi bicikl ostao uspravan, bočna sila (centripetalna) mora biti jednaka koeficijentu trenja, a ova brojka može biti iznenađujuće velika. Na primjer, vozač od 70 kg na biciklu od 10 kg koji juri brzinom od 20 milja na sat oko krivine u radijusu od 20 m doživljava centripetalnu silu od 316 Njutna.
Ovu silu moraju generirati gume, a da sila ne postoji, bicikl i vozač bi jednostavno išli pravolinijski.
Upotrebom nekih impresivnih trigonometrijskih proračuna koji bi ispunili cijelu knjigu, koeficijent trenja je jednak tangentnoj funkciji maksimalnog nagibnog ugla.
'Točak će proklizati kada se koeficijent trenja premaši', kaže Marco Arkesteijn, predavač sportskih nauka na Univerzitetu Aberystwyth. „Ovo može biti zbog povećanja sile trenja [zbog zatezanja linije kroz ugao na primjer] ili smanjenja normalne sile [zbog, recimo, depresije na putu].“
Koeficijent trenja se također može promijeniti zbog promjene površine. Zato skretanje na beloj liniji može biti opasno. „Ovo je posebno tačno na mokrom“, kaže Arkeštajn. „Boja je manje porozna tako da se voda ne raspršuje.“
Težina jahača
Da bi se stvari dodatno zakomplikovale je pitanje težine vozača. „Što se tiče fizike, manji momci bi trebali biti u mogućnosti da se više naginju“, kaže Arkesteijn. „Oni su takođe obično agilniji, što pomaže.“
Allain nije baš tako definitivan, što sugerira da, iako je težina vozača bitna 'malo', od veće važnosti je centar mase vozača-plus-bicikla.
‘Na kraju krajeva, to je najvažniji faktor’, kaže on. Teži jahači imaju tendenciju da budu viši jahači, posebno u pro pelotonu, što znači da su im okviri veći i centar mase viši. Takođe morate uzeti u obzir uslove na putu. Ako ste na granici, neravnina na cesti može dovesti do gubitka vučne sile i pada.
Putevi u Velikoj Britaniji su ponekad čvršći od onih naših rođaka u kontinentalnoj Evropi jer su porozniji da upijaju kišu i sprečavaju klizave površine. Zato su nam putevi grublji. Ali često su neravan i u gorem stanju zbog oštećenja od mraza, stoga je vožnja biciklom i vožnja u Francuskoj apsolutna radost kada je suho.
Nakon svega toga, koji je maksimalni ugao nagiba? Za profesora mašinstva i inženjerstva Jima Papadopoulosa, na to se ne može odgovoriti dok ne ubacite još jedan faktor – trag.
Ovo je zamišljena linija koja se projicira niz cijev upravljača na tlo. Ako je ova točka ispred kontaktne točke točka sa tlom, smatra se 'pozitivnom' i stabilnija je. Iza i bicikl je vjerojatnije da će se prevrnuti. Staza smanjuje što se više naginjete.
„Biciklisti imaju tendenciju da ostanu u pozitivnom području staze i ne prelaze 45° nagiba“, kaže on. „Obično je manje, ali kada je skretanje veće od 5 m radijusa, možete doći do 45°. To je zato što staza postaje manje problem – onda se vraćamo na pitanje vuče.’
Dakle, 45° je moguće na brzom, širokom, dobro obrađenom skretanju, ali sa toliko mnogo varijabli u igri, nažalost, nema definitivnog odgovora. Koliko daleko se možete nagnuti je slučaj pokušaja i (nadamo se ne previše bolne) greške.
