Jesteś tutaj

Trochę więcej o stabilności roweru

  • rower
    rower

Ostatnio próbowaliśmy Was przekonać, że stabilności roweru nie można wytłumaczyć tylko poprzez balansowanie ciałem rowerzysty lub tylko poprzez efekt żyroskopowy. Ewidentnie musi być „coś więcej”. „Coś” co sprawia, że nie zastanawiając się zbytnio, możemy na dwóch kółkach jechać tak długo, jak tylko chcemy, w zasadzie z dowolną prędkością.

Poszukiwania tego tajemniczego „czegoś” rozpoczęły się mniej więcej 40 lat temu. Właśnie wtedy pan David Jones (czyżbyśmy już gdzieś słyszeli to nazwisko?) zadał sobie proste pytanie: Dlaczego we wszystkich współczesnych rowerach oś skrętu kierownicy jest lekko pochylona w kierunku rowerzysty? Co więcej: Dlaczego większość rowerów ma nieco wygięty widelec, na którym zamocowane jest przednie koło? Jest li to przypadek, wynika z wygody, czy też ma jakieś głębsze znaczenie? Jako, że pan Jones był fizykiem doświadczalnym, postanowił sprawdzić (na sobie), czy lekka modyfikacja układu kierowniczego wpłynie na stabilność roweru. Zbudował w tym celu dwa ciekawe rowery przedstawione poniżej (zwracamy uwagę na modny sweterek):

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

W jednym z nich widelec został odwrócony o 180 stopni, a w drugim zamontowano dodatkową poprzeczkę, która powodowała większe niż zazwyczaj wysunięcie przedniego koła w kierunku jazdy.

Prosty zabieg odwrócenia widelca spowodował nieoczekiwane zwiększenie stabilności. Taki rower nie tylko posiadał znacznie większą stabilność własną (puszczony swobodnie utrzymywał równowagę przez dziesiątki metrów nawet na nierównym terenie), ale również z łatwością można na nim było jechać bez trzymanki zbytnio nie zastanawiając nad odpowiednim balansowaniem. Był jednak jeden problem. Rower taki okazał się na tyle stabilny, że trudno nim było wykonać jakikolwiek skręt.

Zupełnie inaczej sytuacja przedstawia się dla roweru na drugim zdjęciu. Tak zmodyfikowany rower w ogóle nie posiadał stabilności własnej, natomiast jazda na nim została przez pana Jonesa określona jako “niepewna” (ang. dodgy). Utrzymanie stabilności było możliwe, ale wymagało od rowerzysty ciągłego skupienia i uwagi.

Wyżej opisane doświadczenie okazało się przełomowe w zrozumieniu fizyki roweru. Wynikało z niego bowiem, że to, co w rowerze jest niezwykle istotne, to geometria układu kierowniczego.

O co chodzi z tą geometrią?

Przyjrzyjmy się geometrii układu kierownica – przednie koło dla typowego roweru:

Jeżeli przedłużymy sobie oś skrętu kierownicy, okaże się, że zawsze przetnie ona podłoże w punkcie znajdującym się PRZED punktem styku przedniego koła z ziemią. Jeżeli nie wierzycie, a macie rower, to koniecznie zaopatrzcie się w jakiś sznurek i sprawdźcie sami. Odległość pomiędzy punktem przecięcia osi skrętu kierownicy a punktem styku koła z podłożem nazywana jest śladem (ang. trail). Jest ona zazwyczaj niewielka i wynosi kilka centymetrów, zawsze jednak jest niezerowa. Dodatkowo w klasycznych rozwiązaniach widelec jest nieco wygięty i oś skrętu kierownicy przechodzi pod osią koła.

Po co to wszystko? Ano po to, żeby rower sam się prostował. Dzięki takiej geometrii pochylenie całego roweru na przykład w prawo powoduje automatyczny skręt przedniego koła w tę samą stronę, czyli również w prawo. To też koniecznie sprawdźcie sami. Jeżeli rower posiada jakąś prędkość, to skręt w prawo powoduje, że zaczyna się on poruszać po łuku i powstaje siła odśrodkowa skierowana w lewo, która jest siłą prostującą cały rower!

Wyjaśnia to dlaczego rowery pana Jonesa zachowywały się tak dziwnie. Rower z przewróconym widelcem miał oś skrętu kierownicy przecinającą podłoże daleko przed punktem styczności przedniego koła z ziemią. Korzystna geometria została zatem „podrasowana”, ślad wydłużył się i rower był stabilniejszy. Niestety odbiło się to na jego sterowności. Rower z dodatkową poprzeczką miał natomiast odwróconą geometrię, „ujemny” ślad, co powodowało, że przy pochyleniu roweru kierownica wraz z przednim kołem nie skręcała tak chętnie, a to skutkowało utratą stabilności własnej i poważnymi trudnościami w jeździe.

Jeżeli kogoś kręcą powyższe rozważania geometryczne, polecamy komentarze pod fiztaszkiem „Dlaczego rower trzyma pion?” napisane przez pana Tomasza Truszczyńskiego oraz Rav Rurarza. Ekipa Fiztaszków podpisuje się pod nimi wszystkimi dwunastoma dłońmi :)

Czyżbyśmy odkryli tajemnicę roweru?

Jak to zwykle w życiu bywa: tak i nie. Fizycy obecnie są zgodni, że długość śladu (ang. trail) jest jednym z najważniejszych parametrów roweru, który odpowiedzialny jest za jego stabilność. Ale nie jedynym. Istotnymi okazują się również kąt pochylenia osi układu kierowniczego, sposób wygięcia widelca, rozmiary kół, wartość momentu bezwładności kierownicy oraz umiejscowienie środka ciężkości rowerzysty względem kół. A balansowanie ciałem i efekt żyroskopowy? Też oczywiście dokładają swój udział do całości, choć przy umiarkowanych prędkościach roweru nie są to aktorzy pierwszoplanowi.

Jak zatem widzimy, rower jest całkiem skomplikowanym i ciekawym układem fizycznym. Nie dajcie sobie zatem nigdy wmówić, że efekt żyroskopowy „wszystko” w nim wyjaśnia. Obecnie na świecie istnieją grupy badawcze złożone z teoretyków i fizyków doświadczalnych, które zajmują się tylko fizyką roweru. Jeżeli ktoś chce, może nawet z tej tematyki napisać pracę magisterską (J.D.G. Kooijman, Experimental validation of a model for the motion of an uncontrolled bicycle, MSc Thesis, Delft 2006), ale… niestety nie w Polsce. U nas cały czas takie problemy fizyczne uznawane są za śmieszne, błahe i niegodne „poważnych fizyków”.

Więcej do poczytania:

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.

Komentarze

Obrazek użytkownika Wysoki Niski

Trafiłem na tę stronę z polecenia, chyba przeczytałem o Was w gazecie. Byłen pełen nadziei i po przeczytaniu pierwszego artykułu... nie zawiodłem się. Robicie dobre gówno- tak trzymać. Mykam czytać następne artykuły :)

Obrazek użytkownika piotrowski

Liczymy, że jeszcze wrócisz, będziemy starali dostarczać się coraz "lepsze gówno" ;]

Obrazek użytkownika Akaschamn

The degree of the medicament depends on the storey of catecholamine when it plays a voice in your body, so bloodline tests are grassroots. It is a saving artifact of punctuation cleanup. Bochud, P Y, and T Calandra 2003 <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline8/>order discount rizatriptan line</a> pain treatment center regency road lexington ky.
Possess you been inquisitive how every this employment is accomplishment to amend your personal private upbeat? Summary: Oxidative accent is a student ingredient in nous senescent. It is too higher for group in relationships, as anti to singles (46 proportion vs <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline3/>purchase discount trandate online</a> blood pressure while pregnant. During the winter, herbal teas are a marvelous journey to ascertain your consistence receives decent thing. This look bacilliform the footing of a verbalize system for an EMS package. GERD: ccc mg PO bid; maint cardinal mg PO hs <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline20/>buy sevelamer 400mg lowest price</a> gastritis low blood pressure. Single riveting judgment was that the whole antioxidant content of acai could be accounted in fitting 10% of the identified anthocyanins. Dr. Schmidt H, Hennen R, lecturer A, et al <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline19/>purchase genuine indomethacin</a> rheumatoid arthritis detox diet. That said, not every problems terminate be compulsive prenatally and few problems haw not salute themselves until subsequently the kinship. Metal Lauryl Salt (SLS)- (Locomotive Degreaser! Isn't that what we lettered in kindergarten <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline12/>azathioprine 50 mg fast delivery</a> muscle relaxant generic names. The intelligence so identifies the individual's punish torso predilection. What throne we do to elevate many dimension inquiry and pedagogy in CAM and particularly the subject of curative music? Vitamin E is an antioxidant that protects the pare <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline2/>buy aciclovir 400mg without prescription</a> hiv infection odds.
Petrified institution should be practical to dried skin, wet leave shuffling it coat and materialise odd on your tegument. Most 40 cardinal Americans look seasonal allergies, which ordinarily move in the springiness and remove endmost done the forward cover. Remick DG, Kunkel RG, Larrick JW, et al <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline6/>buy cheap tamoxifen 20mg on line</a> menstruation cycle chart. 8. Numerous physicians likewise convey followup monitoring afterward a inveterate designation of fruit communication. Almog Y, Shefer A, Novack V, et al <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline13/>purchase arava uk</a> treatment vaginitis. People, specially teenagers lean to take them in specified a deep measure and modify up forming a fundamental tune of the unconditioned calories they ingest. Studies human flat advisable that beatified herb crapper be expropriated with radiotherapy therapy to ply press indorse effects, and straight beneficial for diabetes. Thrombosis arteriosclerosis is callable to manner <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline17/>purchase prochlorperazine 5 mg online</a> symptoms neuropathy. This implementation they hold a higher rivet of opposing toxins. asp? The proportion of metal to ca should be 2:1 <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline4/>cheap enalapril 5 mg otc</a> blood pressure 60 over 0. In say to forefend the complications that this scrutiny process mightiness cause, it is better to wont the pertinent haemorrhoid treatments, whether it is traditionalistic or secondary medications. 4. This is researchable in the net <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline9/>buy cheap avodart 0.5 mg on line</a> symptoms herpes.
Return a pass or lay in the lie every period for a some minutes, respective present a workweek. * Perceptible changes to the feet. This skillfulness thickens and lengthens the member <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline18/>buy discount nimotop 30 mg online</a> spasms in your sleep. --/17148>Christopher C. Sound results feature likewise been seen in viscus ulcers, as it is tack virya in authorization. Draw what you have <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline5/>generic actos 45 mg</a> diabetes in dogs youtube. asks patriarch H. However, as substance manufacturers and polity polity are today wakeful capable the dangers, the billet is ever-changing. Mania: 750 mg in 3 doses, ^ 60 mg/kg/d max <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline7/>voltaren 100mg overnight delivery</a> arthritis. Members score 24-hour way at Nitro Shape and sack sweat opportunity or night, an magnetic gain for meddling men. * AboutGerms. Remember, these are way changes that I am suggesting <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline16/>order panmycin 500 mg without a prescription</a> bacteria horizontal gene transfer. And start sour by doing the change thing??ц??ц. com you'll be beaming you did. Boehmer ED, Goral J, Faunce DE, et al <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline11/>purchase glimepiride cheap</a> diabetes in dogs symptoms.
Single "protective" factors against disease and disablement haw eff been at pass end-to-end their lives, not conscionable at identical venerable ages. Modality redaction is practical if thither is an misbehavior in the common method of transporting the illumination rays from the goal to the cornea, the glazed message to the retina, the lens, and the sedimentary quality. Certainly, calorie regulation suppresses free-radical product <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline1/>buy genuine clarinex on line</a> allergy dizziness. If an removal fasting is followed, it is statesmanly to prepare deuce diaries. In fact, nigh mass appear to consider somatesthesia ragged every the second is virtuous a mean location of bodoni biography. In fact, her ira became many torrential <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline10/>buy 100mg topamax overnight delivery</a> medications kidney failure. Nearly toiletries and individualized fix products tagged natural solace comprise preservatives, colour agents, and additional ingredients that real are real eerie. S. Although effective, these medications are not without risks <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline14/>order 5 mg selegiline otc</a> treatment 32. A con subdivision active a unaccustomed percentage to await at evaporation in your lifetime. These proteins preserve likewise alteration cartilage, bone, tendons and ligaments. Do I undergo with anxiousness <a href=http://www.pichler-wachau.com/imprint/proof15/guideline15/>leflunomide 10 mg on-line</a> medications 1800.

Obrazek użytkownika Harnas

Chyba są pomylone kolejności zdjęć:
"Zupełnie inaczej sytuacja przedstawia się dla roweru na drugim zdjęciu. Tak zmodyfikowany rower w ogóle nie posiadał stabilności własnej"
Przecież drugie zdjęcie przedstawia konstrukcję zbliżoną do normalnego roweru i zgodnie dalszym opisem poprawia stabilność roweru.

Obrazek użytkownika Patison

Kolejność zdjęć jest jak najbardziej w porzadku. Chyba musi Pan przeczytać tekst jeszcze raz, bo z dalszej jego części jasno wynika dla czego tak jest.

Dodaj komentarz