Ένα τεχνικό μάθημα απαιτεί καλές δεξιότητες στις στροφές. Αλλά, σύμφωνα με τη φυσική, πόσο μακριά μπορείτε να ανατρέψετε το ποδήλατό σας πριν ανεβείτε στο κατάστρωμα;
Οι επιστήμονες προβληματίζονται σχετικά με το τι κάνει το ποδήλατο να ισορροπεί από την εποχή των παλιών πένας. Πολλοί ειδικοί πρότειναν αυτοί οι περιστρεφόμενοι κρίκοι να κάνουν το ποδήλατο να συμπεριφέρεται σαν γυροσκόπιο, αλλά δεν είναι τόσο απλό. Μια ομάδα μηχανικών από το Πανεπιστήμιο του Νότιγχαμ εντόπισε 25 ξεχωριστές μεταβλητές που επηρεάζουν την κίνηση ενός ποδηλάτου, αναφέροντας ότι, «Μια απλή εξήγηση δεν φαίνεται εφικτή επειδή η κλίση και το τιμόνι συνδυάζονται από έναν συνδυασμό επιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της γυροσκοπικής μετάπτωσης, των πλευρικών δυνάμεων αντίδρασης εδάφους στον μπροστινό τροχό, σημείο επαφής με το έδαφος πίσω από τον άξονα διεύθυνσης, βαρύτητα και αδρανειακές αντιδράσεις…'
Αυτό που είναι γνωστό είναι ότι όσο ένα ποδήλατο κινείται με ταχύτητα περίπου 14 kmh (9 mph), μπορεί να παραμείνει όρθιο χωρίς την παρουσία αναβάτη. Αλλά και πάλι, οι επιστήμονες δεν μπορούν να εξηγήσουν γιατί.
Με αυτό το σκηνικό, ρίξε την πρόσθετη διάσταση μιας στροφής και ο υπολογισμός της γωνίας που μπορείς να κλίνεις ενώ στρίβεις πριν χτυπήσεις στην άσφαλτο είναι σαφώς μια περίπλοκη υπόθεση. Στις κατάλληλες συνθήκες είναι δυνατό να δούμε γωνίες 45°, αλλά πώς φτάνουμε σε αυτό το σημείο;
«Γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τρεις πραγματικές δυνάμεις που δρουν στο ποδήλατο και στον αναβάτη», λέει ο Rhett Allain, δεινός ποδηλάτης και αναπληρωτής καθηγητής φυσικής στο Southeastern Louisiana University στις ΗΠΑ.
«Υπάρχει η βαρυτική δύναμη που σπρώχνει το ποδήλατο και τον αναβάτη προς τα κάτω. υπάρχει ο δρόμος που ωθεί προς τα πάνω, που ονομάζουμε «κανονική» δύναμη, και υπάρχει μια δύναμη τριβής που σπρώχνει το ποδήλατο προς το κέντρο της κυκλικής διαδρομής στην οποία κινείται.»
Η ψεύτικη δύναμη
Υπάρχει επίσης φυγόκεντρος δύναμη.«Αυτό έχει αντίκτυπο, αλλά είναι μια ψεύτικη δύναμη», λέει ο Allain. Πολλοί φυσικοί υποστηρίζουν ότι η φυγόκεντρος δύναμη δεν υπάρχει και είναι απλώς έλλειψη κεντρομόλου δύναμης – μια δύναμη έλξης προς τα μέσα που διασφαλίζει ότι το ποδήλατο κινείται σε κύκλο παρόμοιο με τη βαρύτητα που έλκει προς τα μέσα σε έναν δορυφόρο για να το κρατήσει σε τροχιά.
Υπολογίζεται μέσω της εξίσωσης F=mv2/r, όπου F είναι η κεντρομόλος δύναμη (Newtons), m είναι η μάζα του ποδηλάτου και του αναβάτη (kg), το v είναι ταχύτητα (m/s) και r είναι η ακτίνα της γωνίας σε μέτρα.
«Η φυσική της οδήγησης σε μια στροφή είναι ότι το κάνεις επιταχύνοντας ακτινικά προς τα μέσα, κάτι που οφείλεται σε κεντρομόλο δύναμη», λέει ο David Wilson, ομότιμος καθηγητής μηχανικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.
«Η δύναμη πρέπει να προέρχεται από τα ελαστικά. Το ποδήλατο πρέπει να γέρνει έτσι ώστε ο συνδυασμός της αντίδρασης από το ελαστικό και της ακτινικής δύναμης να ευθυγραμμίζεται με την προκύπτουσα δύναμη του ποδηλάτου συν του αναβάτη.'
Επίσης, κλειδί για το πόσο μακριά μπορείτε να γέρνετε είναι ο συντελεστής τριβής, ο οποίος είναι ο λόγος της δύναμης τριβής μεταξύ δύο σωμάτων και της δύναμης που ασκείται σε αυτά – σε αυτήν την περίπτωση το ελαστικό και η άσφαλτος.
Τα περισσότερα ξηρά υλικά έχουν τιμές τριβής μεταξύ 0,3 και 0,6, ενώ το καουτσούκ σε επαφή με την άσφαλτο μπορεί να παράγει έναν αριθμό μεταξύ ενός και δύο. Όταν οι επιφάνειες κινούνται μεταξύ τους – σύμφωνα με το ποδήλατο – ο αριθμός αυτός μειώνεται ελαφρώς.
Για να παραμείνει το ποδήλατο όρθιο, η πλευρική δύναμη (κεντρομόλος) πρέπει να ισούται με τον συντελεστή τριβής και αυτός ο αριθμός μπορεί να είναι εκπληκτικά μεγάλος. Για παράδειγμα, ένας αναβάτης 70 κιλών σε ένα ποδήλατο 10 κιλών που επιταχύνει με 20 μίλια/ώρα γύρω από μια καμπύλη με ακτίνα 20 μέτρων υφίσταται μια κεντρομόλο δύναμη 316 Newton.
Αυτή η δύναμη πρέπει να παράγεται από τα ελαστικά και αν δεν υπήρχε η δύναμη, το ποδήλατο και ο αναβάτης θα συνέχιζαν απλώς σε ευθεία γραμμή.
Χρησιμοποιώντας μερικούς εντυπωσιακούς τριγωνομετρικούς υπολογισμούς που θα γέμιζαν ένα ολόκληρο βιβλίο, ο συντελεστής τριβής είναι ίσος με την εφαπτομενική συνάρτηση της μέγιστης κλίσης γωνίας.
«Ο τροχός θα γλιστρήσει όταν ξεπεραστεί ο συντελεστής τριβής», λέει ο Marco Arkesteijn, λέκτορας αθλητικής επιστήμης στο Πανεπιστήμιο Aberystwyth. «Αυτό μπορεί να οφείλεται στην αύξηση της δύναμης τριβής [λόγω της σύσφιξης της γραμμής μέσω μιας γωνίας για παράδειγμα] ή στη μείωση της κανονικής δύναμης [λόγω, για παράδειγμα, μιας κατάθλιψης στο δρόμο].»
Ο συντελεστής τριβής μπορεί επίσης να αλλάξει λόγω αλλαγής στην επιφάνεια. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι στροφές σε μια λευκή γραμμή μπορεί να είναι επικίνδυνες. «Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στο βρεγμένο», λέει ο Arkesteijn. «Το χρώμα είναι λιγότερο πορώδες και έτσι το νερό δεν διαχέεται.»
Βάρος αναβάτη
Για να περιπλέξει περισσότερο τα πράγματα είναι το θέμα του βάρους του αναβάτη. «Όσον αφορά τη φυσική, οι μικρότεροι τύποι θα πρέπει να μπορούν να κλίνουν περισσότερο», λέει ο Arkesteijn. «Είναι επίσης συνήθως πιο ευκίνητοι, κάτι που βοηθάει.»
Το Ο Allain δεν είναι τόσο σαφές, υποδηλώνοντας ότι ενώ το βάρος του αναβάτη έχει «λίγη σημασία», μεγαλύτερη σημασία έχει το κέντρο μάζας του αναβάτη-συν-ποδήλατο.
«Τελικά, αυτός είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας», λέει. Οι βαρύτεροι αναβάτες τείνουν να είναι ψηλότεροι, ειδικά στο pro peloton, που σημαίνει ότι τα μεγέθη του πλαισίου τους είναι μεγαλύτερα και το κέντρο μάζας τους είναι υψηλότερο. Πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη τις συνθήκες του δρόμου. Εάν είστε στο όριο, ένα χτύπημα στο δρόμο μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια πρόσφυσης και πτώση.
Οι δρόμοι του Ηνωμένου Βασιλείου είναι μερικές φορές πιο πρόσφυσοι από εκείνους των ξαδέλφων μας στην ηπειρωτική Ευρώπη, επειδή είναι πιο πορώδεις για να απορροφούν τη βροχή και να αποτρέπουν την ολισθηρή επιφάνεια. Γι' αυτό οι δρόμοι μας είναι πιο χοντροκομμένοι. Αλλά είναι συχνά πιο ανώμαλα και σε χειρότερη κατάσταση λόγω ζημιάς από παγετό, γι' αυτό το ποδήλατο και η οδήγηση στη Γαλλία είναι απόλυτη χαρά όταν είναι στεγνό.
Μετά από όλα αυτά, ποια είναι η μέγιστη γωνία κλίσης; Για τον καθηγητή μηχανολογίας και μηχανικής Τζιμ Παπαδόπουλο, αυτό δεν μπορεί να απαντηθεί αν δεν ρίξετε έναν τελευταίο παράγοντα - το μονοπάτι.
Αυτή είναι μια φανταστική γραμμή που προβάλλεται κάτω από τον σωλήνα διεύθυνσης στο έδαφος. Εάν αυτό το σημείο βρίσκεται μπροστά από το σημείο επαφής του τροχού με το έδαφος, θεωρείται «θετικό» και είναι πιο σταθερό. Πίσω και το ποδήλατο είναι πιο πιθανό να ανατραπεί. Το μονοπάτι μειώνει όσο περισσότερο γέρνετε.
"Οι ποδηλάτες τείνουν να μένουν στην περιοχή του θετικού μονοπατιού και δεν ξεπερνούν τις 45° αδύνατος", λέει. «Συνήθως είναι λιγότερο, αν και όταν η στροφή είναι μεγαλύτερη από 5 μέτρα ακτίνας, μπορείτε να φτάσετε τις 45°. Αυτό συμβαίνει επειδή το μονοπάτι γίνεται λιγότερο πρόβλημα - τότε επιστρέφουμε στο θέμα της πρόσφυσης.»
Οπότε οι 45° είναι δυνατές σε μια γρήγορη, ευρεία στροφή, αλλά με τόσες πολλές μεταβλητές να παίζουν, δεν υπάρχει, δυστυχώς, οριστική απάντηση. Το πόσο μακριά μπορείτε να κλίνετε είναι μια περίπτωση δοκιμής και (ελπίζουμε όχι πολύ επώδυνο) λάθος.
