Jesteś tutaj

Dlaczego rower trzyma pion?

  • rower
    Stabilność własna roweru pozwala na jazdę bez trzymanki (fot. www.wolnyrower.pl)

Tak, tak, już słyszymy te głosy: banalna fizyka, oklepany temat, nic nowego, prosty efekt żyroskopowy, wszystko jasne i można się rozejść. Nic bardziej mylnego!

Nie da się ukryć: idzie wiosna. Wraz z ociepleniem do powszechnego użytku wróci zapewne stary dobry wynalazek jakim jest rower. Zanim jednak ludność polskich miast i wsi masowo na niego wsiądzie, ekipa Fiztaszków postanowiła wśród owej ludności zrobić małą ankietę. Zadaliśmy proste pytanie: Dlaczego jadąc na rowerze jesteśmy w stanie utrzymywać równowagę? Po przepytaniu kilkudziesięciu osób, dwie najczęściej pojawiające się odpowiedzi można streścić mniej więcej tak:

  • to człowiek balansuje swoim ciałem tak, że rower zawsze trzyma pion,

  • za stabilność roweru odpowiedzialny jest efekt żyroskopowy (cokolwiek by to nie było).

Powyższe odpowiedzi wydają się dosyć logiczne. Niestety tylko na pierwszy rzut oka. Najpierw rozprawimy się z pierwszą z nich.

Dlaczego człowiek nie ma tu nic do gadania?

Dosyć prosto jest pokazać, że sekret stabilności roweru nie jest związany z odpowiednim balansowaniem ciałem. Przede wszystkim, gdy rower nie jedzie, bardzo trudno jest utrzymać na nim równowagę. Ba, dla większości osób jest to wręcz niemożliwe. Od razu zatem widzimy, że to nie balansowanie ciałem, ale ruch roweru jest kluczową rzeczą. Co więcej, człowiek wcale nie jest potrzebny do tego, żeby rower trzymał pion. Większość rowerów rozpędzonych do umiarkowanych prędkości jest w stabilnej równowadze bez udziału rowerzystów, co pokazane jest na poniższych filmikach:

 

Gorąco zachęcamy do powtórzenia tego prostego eksperymentu i przekonania się, że rower nie potrzebuje rowerzysty, aby trzymać pion. Wystarczy tylko go odpowiednio rozpędzić. Ta cecha roweru nazywana jest stabilnością własną. Skąd się ona bierze? Najczęściej tłumaczona jest efektem żyroskopowym, który pojawia się na lekcjach fizyki przy omawianiu dynamiki bryły sztywnej. Zamiast opisywać co to za efekt, najlepiej obejrzeć poniższy filmik, na którym przedstawiony jest on w dosyć zgrabny sposób.

 

Okazuje się, że wirujące obiekty same utrzymują kierunek swojej osi obrotu. Koła rowerowe są właśnie takimi wirującymi obiektami i rozpędzone do odpowiedniej prędkości same będą próbowały utrzymać rower w pionie.

Voila! Wydaje się zatem, że znaleźliśmy wytłumaczenie stabilności roweru! Wytłumaczenie zgrabne, mające w sobie sporo fizyki i pozornie tłumaczące wszystko, co obserwujemy. No właśnie: pozornie. Czas na wyższą szkołę jazdy.

Dlaczego efekt żyroskopowy tak naprawdę niczego nie tłumaczy?

Jeżeli do utrzymywania równowagi na rowerze potrzebne są tylko kręcące się koła, stabilność roweru powinna pojawiać się również przy jeździe do tyłu. Łatwo jednak sprawdzić, że rower puszczony do tyłu za nic w świecie stabilny nie będzie:

Kółka niby się kręcą, ale co z tego? Rower od razu się przewraca. Jeżeli jednak dla kogoś ten argument jest słaby, to polecamy przyjrzeć się następującej fotografii:

Foto: D. E. H. Jones, Phys. Today, April 1970 p. 34-40.

Na powyższym zdjęciu widzimy pana Davida Jonesa, brytyjskiego fizyka, który w latach 70. ostatecznie zadał kłam twierdzeniom, że efekt żyroskopowy jest tajemnicą stabilności roweru. Skonstruował on mianowicie rower, który posiadał z przodu dodatkowe koło, kręcące się w przeciwną stronę niż wynikałoby to z kierunku jazdy. Tym samym „wyeliminował” efekt żyroskopowy, pokazując jednocześnie, że układ jest stabilny i można na tak zmodyfikowanym rowerze bez większych problemów jechać bez trzymanki.

Ale to nie wszystko. Już ponad sto lat temu, wybitny fizyk Arnold Sommerfeld miał poważne wątpliwości czy efektem żyroskopowym w rowerze warto zawracać sobie głowę. W 1910 roku w swojej książce „Theorie des Kreisels” („Teoria żyroskopu”) przedstawił obliczenia, z których jednoznacznie wynika, że efekt ten jest zbyt słaby, aby za jego pomocą tłumaczyć stabilność roweru wraz z człowiekiem.

Co ciekawe, pomimo, że fizycy już od wielu lat są zgodni, że to nie efekt żyroskopowy trzyma rower w pionie, nadal tu i ówdzie możemy zostać uraczeni wspaniałymi teoriami na temat bączków, żyroskopów i ich związku z rowerami. A jeżeli dobrze poszukać, to podobne bajki znaleźć można także w „fachowych” książkach na poziomie akademickim:

Nawet podręczniki się mylą!

„Oto tajemnica jazdy na rowerze! Jeżeli jadący rower przechyla się w lewo kolarz może przeciwdziałać upadkowi (…) przez obrócenie kierownicy w lewo i wywołanie efektu giroskopowego prostującego rower. Przy szybkiej jeździe wystarczą małe ruchy kierownicą.”

A. Januszajtis „Fizyka dla politechnik”, PWN Warszawa 1977

No to co w końcu trzyma rower w pionie?

Jeżeli nie człowiek i nie efekt żyroskopowy, to co? Okazuje się, że tajemnica stabilności roweru kryje się w… albo nie, potrzymamy was jeszcze trochę w niepewności, a wyjaśnienie przedstawimy w następnym fiztaszku. Tymczasem zachęcamy do samodzielnego stawiania hipotez i propozycji wytłumaczenia zagadkowej stabilności jednośladów.

Tagi: 
ruchrower
  • Obrazek użytkownika krupinski
    O autorze:

    Michał Krupiński

    Redaktor naczelny fiztaszki.pl, kierownik Fiztasz Research Center
    Fiztaszkowiec doświadczalny. Na co dzień nanosi cienkie warstwy metali na wszystko co popadnie. Po godzinach pasjami oddaje się eksperymentom kawiarniano-kuchennym.