Techniniam kursui reikalingi geri posūkių įgūdžiai. Tačiau, remiantis fizika, kiek galite nuversti dviratį prieš atsitrenkdami į denį?
Mokslininkai mįslingi, kas sudaro dviračio balansą, nuo senų laikų. Daugelis ekspertų pasiūlė, kad šie besisukantys lankai priverstų dviratį elgtis kaip giroskopas, tačiau tai nėra taip paprasta. Notingemo universiteto inžinierių grupė nustatė 25 atskirus kintamuosius, turinčius įtakos dviračio judėjimui, nurodydama, kad „paprastas paaiškinimas neatrodo įmanomas, nes pasvirimą ir vairavimą sieja įvairių efektų derinys, įskaitant giroskopinę precesiją, šonines žemės reakcijos jėgas. prie priekinio rato, žemės sąlyčio taškas, atsiliekantis už vairo ašies, gravitacijos ir inercinės reakcijos…'
Žinoma, kad tol, kol dviratis važiuoja maždaug 14 km/h (9 mylių per valandą) greičiu, jis gali stovėti vertikaliai be vairuotojo. Tačiau vėlgi, mokslininkai negali paaiškinti, kodėl.
Akivaizdu, kad tokiomis aplinkybėmis pridėti papildomą posūkio matmenį ir apskaičiuoti kampą, į kurį galite pasilenkti posūkyje prieš atsitrenkdami į asf altą, yra akivaizdžiai sudėtingas reikalas. Tinkamomis sąlygomis galima matyti 45° kampus, bet kaip pasiekti tą tašką?
„Žinome, kad dviratį ir motociklininką veikia trys tikros jėgos“, – sako Retas Allainas, entuziastingas dviratininkas ir JAV Pietryčių Luizianos universiteto fizikos docentas.
„Gravitacinė jėga stumia dviratį ir motociklininką žemyn; kelias stumia aukštyn, o tai vadiname „įprasta“jėga, ir yra trinties jėga, stumianti dviratį link žiedinio tako, kuriuo jis juda, centro.'
Netikra jėga
Taip pat yra išcentrinė jėga.„Tai turi įtakos, bet tai netikra jėga“, – sako Allainas. Daugelis fizikų teigia, kad išcentrinė jėga neegzistuoja ir yra tiesiog įcentrinės jėgos trūkumas – į vidų traukiančios jėgos, užtikrinančios, kad dviratis juda ratu panašiai kaip gravitacija, traukianti į vidų palydovą, kad išlaikytų jį orbitoje.
Jis apskaičiuojamas pagal lygtį F=mv2/r, kur F yra įcentrinė jėga (niutonais), m yra dviračio ir motociklininko masė (kg), v yra greitis (m/s), o r yra kampo spindulys metrais.
„Važiavimo posūkyje fizika yra tokia, kad tai daroma greitėjant radialiai į vidų, o tai priklauso nuo įcentrinės jėgos“, – sako Masačusetso technologijos instituto inžinerijos profesorius emeritas.
‘Jėga turi kilti iš padangų. Dviratis turi būti pasviręs taip, kad padangos reakcijos ir radialinės jėgos derinys atitiktų dviračio ir motociklininko jėgą.’
Be to, labai svarbu, kiek galite pasilenkti, yra trinties koeficientas, kuris yra trinties jėgos tarp dviejų kūnų ir juos veikiančios jėgos – šiuo atveju padangos ir asf alto – santykis.
Daugelio sausų medžiagų trinties vertės yra nuo 0,3 iki 0,6, o guma, besiliečianti su asf altu, gali sudaryti nuo vieno iki dviejų. Kai paviršiai juda vienas kito atžvilgiu (kaip važiuojant dviračiu), šis skaičius šiek tiek sumažėja.
Kad dviratis išliktų vertikaliai, šoninė jėga (centrinė) turi būti lygi trinties koeficientui, o šis skaičius gali būti stebėtinai didelis. Pavyzdžiui, 70 kg sveriantis motociklininkas, važiuojantis 10 kg sveriančiu dviračiu, važiuojantis 20 mylių per valandą greičiu 20 m spindulio posūkyje, patiria 316 niutonų įcentrinę jėgą.
Šią jėgą turi sukurti padangos, o jei jos nebūtų, dviratis ir motociklininkas tiesiog važiuotų tiesia linija.
Naudojant keletą įspūdingų trigonometrinių skaičiavimų, kurie užpildytų visą knygą, trinties koeficientas yra lygus didžiausio pasvirimo kampo liestinės funkcijai.
„Ratas paslys, kai bus viršytas trinties koeficientas“, – sako Marco Arkesteijn, Aberistvito universiteto sporto mokslo dėstytojas. „Tai gali būti dėl didėjančios trinties jėgos [pavyzdžiui, dėl linijos sugriežtinimo per kampą] arba dėl normalios jėgos sumažėjimo [dėl, tarkime, kelio įdubimo].“
Trinties koeficientas taip pat gali keistis dėl paviršiaus pasikeitimo. Štai kodėl posūkis ant b altos linijos gali būti pavojingas. „Tai ypač aktualu esant šlapiai“, – sako Arkesteijn. „Dažai yra mažiau porėti, todėl vanduo neišsisklaido.“
Draitelio svoris
Dar labiau apsunkina motociklininko svorio klausimą. „Fizikos požiūriu mažesni vaikinai turėtų galėti labiau pasilenkti“, – sako Arkesteijnas. „Jie dažniausiai yra judresni, o tai padeda.“
Allain nėra toks aiškus, o tai rodo, kad nors vairuotojo svoris yra „šiek tiek svarbus“, svarbesnis yra motociklininko ir dviračio masės centras.
„Galų gale tai yra svarbiausias veiksnys“, – sako jis. Sunkesni motociklininkai paprastai būna aukštesni, ypač profesionaliame peletone, o tai reiškia, kad jų rėmo dydis yra didesnis, o masės centras yra didesnis. Taip pat reikia atsižvelgti į kelio sąlygas. Jei pasieksite ribą, kelio nelygumas gali prarasti sukibimą ir nukristi.
JK keliai kartais yra sukibę nei mūsų žemyninės Europos pusbrolių keliai, nes jie yra poringesni, kad sugertų lietų ir apsaugotų nuo slidžios dangos. Štai kodėl mūsų keliai šiurkštesni. Tačiau jie dažnai būna nelygesni ir blogesnės būklės dėl šalčio padarytos žalos, todėl važinėjimas dviračiu ir vairavimas Prancūzijoje yra absoliutus džiaugsmas, kai sausa.
Po viso to, koks yra didžiausias pasvirimo kampas? Mechanikos ir inžinerijos profesoriui Jimui Papadopoulosui į tai atsakyti negalima, kol neįtrauksite vieno paskutinio veiksnio – pėdsakų.
Tai įsivaizduojama linija, nukreipta žemyn vairo vamzdžiu į žemę. Jei šis taškas yra prieš rato sąlyčio su žeme tašką, jis laikomas „teigiamu“ir yra stabilesnis. Už ir dviratis labiau linkęs apvirsti. Trail sumažina, kuo labiau pasiliekate.
„Dviratininkai linkę likti teigiamoje trasos srityje ir neviršija 45° pasvirimo“, – sako jis. „Paprastai jis yra mažesnis, tačiau kai posūkis didesnis nei 5 m spinduliu, galite pasiekti 45°. Taip yra todėl, kad trasa tampa mažiau problema – tada grįžtame prie sukibimo klausimo.’
Taigi 45° įmanomi greitame, plačiame, gerai išklotame posūkyje, tačiau esant tiek daug kintamųjų, galutinio atsakymo, deja, nėra. Tai, kiek galite pasilenkti, yra išbandymas ir (tikiuosi, ne per daug skausminga) klaida.
