Pagaidām zinātne nespēj sniegt galīgu atbildi. Bet tas kļūst tuvāk…
Braukšana ar velosipēdu. Tas ir tāpat kā braukt ar velosipēdu, vai ne? Nu, ne, ja jūs esat Kornela universitātes profesors Endijs Ruina.
Viņš kopā ar līdzautoriem Džimu Papadopulu, Ārenu Švābu, Džodiju Kūimanu un Jāpu Meijardu ir uzrakstījis rakstu Velosipēds var būt pašstabils bez žiroskopiskiem vai rīcinefektiem, kas liecina, ka iepriekš minētie stabilitātes nosacījumi nav pietiekami izskaidrot – un pat nav nepieciešami – pašstabilā velosipēda fenomenu.
‘Ir brīnišķīgi, ka cilvēki vispār var braukt uz velosipēda. Taču viena no pārsteidzošākajām lietām velosipēdos ir tā, ka tie spēj līdzsvarot sevi,” saka Ruina.
Ņemot piemēru par slaveno ainu Žaka Tati 1949. gada filmā Jour de Fête, kur pastnieks Fransuā vajā savu aizbēgušo zirgu, kad tas bez jātnieka vijas pa lauku ceļu, Ruina un viņa kolēģi zinātnieki sāk pētīt tradicionālo gudrību. divi nepieciešamie nosacījumi, lai velosipēds paliktu vertikāli, bija vai nu riteņu griešanās žiroskopiskais griezes moments, vai priekšējā riteņa ritentiņa.
„Velosipēdu var turēt vertikāli tikai tad, kad tas kustas,” saka Ruina. “Ir labi zināms, ka stūrēšana nodrošina līdzsvaru. Mēs to varam parādīt, ja bezbraucēja velosipēda stūri nofiksēsim, pastumjam līdzi un pēc tam atlaižam. Velosipēds ātri apgāzīsies tāpat, kā tas apgāžas, kad tas stāv.’
Ruina efektu salīdzina ar slotas līdzsvarošanu uz rokas. Kad vertikālā slota sāk noliekties pa kreisi, balansētājs pārvieto roku arī pa kreisi, paceļot slotas apakšdaļu atpakaļ zem tās krītošās augšdaļas, tādējādi atgūstot līdzsvaru. Bet, izņemot braucēju no vienādojuma, kāpēc tas notiek ar velosipēdu?
‘Cilvēki dabiski domā, ka, ja kaut kas ātri griežas, tas žiroskopiskā efekta dēļ kļūst stingrs, tāpēc, to pagriežot, tas vēlas pagriezties uz otru pusi. Tas ir viens izplatīts skaidrojums. Otrs ir tas, ka velosipēds uzvedas kā ritentiņš uz iepirkumu ratiņiem.
Kontaktpunkts
Cilvēki pieņem, ka priekšējā riteņa faktiskais saskares punkts ar zemi atrodas stūres ass priekšā galvas leņķa un dakšu grābekļa dēļ. Bet patiesībā ritenis saskaras ar grīdu tieši aiz šīs ass.’
Rezultāts ir tāds, ka, tāpat kā ritentiņš, kas var pārvietoties 360° ap vertikālo asi (iedomājieties, ka jūsu austiņas ir ritenīša gultnis un rumba ir tā ass), jūsu priekšējais ritenis “seko” jūsu stūrei. Tāpēc, piemēram, iepirkšanās ratiņus, virziet velosipēdu uz priekšu, un priekšējais ritenis noteikti ievirzās un velk aiz braukšanas virziena.
Tomēr pētnieku aprēķini parādīja, ka ne žiroskopiskais, ne ritenīša efekts faktiski nav atbildīgs par velosipēda tieksmi stūrēt un stabilizēties.
Lai to pierādītu, Ruina un viņa komanda izveidoja to, ko viņi sauc par “divu masu slidu” (TMS). Pēc izskata kaut kas līdzīgs salokāmam skrejritenim, TMS ir tādas pašas īpašības kā velosipēdam – divi riteņi un priekšējā un aizmugurējā masas daļa, kas savienota ar eņģēm (ti, austiņām), taču tas ir izgatavots tā, ka tas nav tieksme uz žiroskopiskiem vai ritentiņiem.
Lai to panāktu, divi mazi riteņi saskaras ar zemi, katrs ar pieskaroties un līdz ar to pretēji rotējošu vienādas masas riteni augšpusē, kas novērš jebkādu žiroskopisko efektu ar pretēju kustību (TMS riteņi darbojas vairāk kā slidas). Un priekšējā riteņa saskares punkts atrodas priekšā stūrēšanas ass, nevis aiz kā ar ritentiņu.
Pastumjot un atlaižot, šis “velosipēds” bez ritenīšiem paliek vertikāli un pat izlabojas, kad tiek notriekts no sāniem.
Tas pierāda, ka par velosipēda tendenci pašstabilizēties, stūrējot zem sevis, ir jābūt kaut kam citam, izņemot žiroskopiskos vai ritentiņus. Lai to izskaidrotu, pētnieki uzskata, ka galvenais ir masas sadalījums, jo īpaši uz stūres bloka.
Atgriežoties pie slotas piemēra, Ruina iesaka: “TMS ir masa, kas atrodas uz priekšu no stūres ass, kā arī masa rāmī. Kad velosipēda priekšpuse krīt, tas krīt ātrāk, tāpat kā tad, ja balansējat zīmuli uz rokas, tas nokritīs ātrāk nekā slota.
Tātad priekšējā masa krītas ātrāk nekā aizmugurējā, bet tās ir savienotas viena ar otru ar stūres asi. Tādējādi, mēģinot krist ātrāk, priekšpuse izraisa stūrēšanu un noliek velosipēdu atpakaļ zem sevis.’
Ruina norāda, ka tas joprojām neatrisina jautājumu par velosipēda stabilitāti, jo īpaši attiecībā uz velosipēdu bez braucējiem. Taču tas rada jaunus jautājumus par to, kā mēs turamies taisni uz velosipēda, kas kādu dienu var izraisīt būtiskas dizaina izmaiņas.
Kā izteicās pētnieki: "Šie rezultāti liecina, ka evolūcijas process, kas ir novedis pie vispārpieņemtiem pašreizējiem velosipēdu dizainiem, iespējams, vēl nav izpētījis potenciāli noderīgus reģionus dizaina telpā." Tātad.
