Tekninen kurssi vaatii hyviä kaarretaitoja. Mutta kuinka pitkälle voit kallistaa pyörääsi fysiikan mukaan ennen kuin osut kannelle?
Tutkijat ovat miettineet, mikä tekee polkupyörän tasapainosta vanhan pennyfarthingin ajoista lähtien. Monet asiantuntijat ehdottivat, että pyörivät vanteet saavat pyörän käyttäytymään gyroskoopin tavoin, mutta se ei ole niin yksinkertaista. Ryhmä Nottinghamin yliopiston insinöörejä tunnisti 25 erillistä muuttujaa, jotka vaikuttavat polkupyörän liikkeeseen, vedoten siihen, että Yksinkertainen selitys ei vaikuta mahdolliselta, koska kallistuminen ja ohjaus yhdistyvät useiden vaikutusten yhdistelmällä, mukaan lukien gyroskooppinen precessio, lateraaliset maareaktiovoimat etupyörässä, maakosketuspiste ohjausakselin takana, painovoima ja inertiareaktiot…'
Tiedetään, että niin kauan kuin pyörä liikkuu noin 14 km/h (9 mph) nopeudella, se voi pysyä pystyasennossa ilman ajajan läsnäoloa. Mutta jälleen kerran, tiedemiehet eivät voi selittää miksi.
Tällaista taustaa vasten mutkan lisäulottuvuuden lisääminen ja sen kulman laskeminen, johon voit nojata kaarteissa ennen kuin osut asf altille, on selvästi monimutkainen asia. Oikeissa olosuhteissa on mahdollista nähdä 45° kulmat, mutta miten päästään siihen pisteeseen?
’Tiedämme, että pyörään ja ajajaan vaikuttaa kolme todellista voimaa, sanoo Rhett Allain, innokas pyöräilijä ja fysiikan apulaisprofessori Southeastern Louisianan yliopistosta Yhdysvalloissa.
'Painovoima työntää pyörää ja ajajaa alas; siellä on tie nouseva, jota kutsumme "normaaliksi" voimaksi, ja siellä on kitkavoima, joka työntää pyörää kohti sen ympyränmuotoisen polun keskustaa, jolla se liikkuu.'
Väärennetty voima
Siellä on myös keskipakovoimaa."Tällä on vaikutusta, mutta se on väärä voima", Allain sanoo. Monet fyysikot väittävät, että keskipakovoimaa ei ole olemassa, ja se on yksinkertaisesti keskipakovoiman puute – sisäänpäin vetävä voima, joka varmistaa, että pyörä liikkuu ympyrässä, joka on samanlainen kuin painovoima vetää sisäänpäin satelliittia pitääkseen sen kiertoradalla.
Se lasketaan yhtälöllä F=mv2/r, missä F on keskipitkävoima (newtoneja), m on pyörän ja ajajan massa (kg), v on nopeus (m/s) ja r on kulman säde metreinä.
’Käännöksen ajamisen fysiikka on, että teet sen kiihdyttämällä säteittäisesti sisäänpäin, mikä riippuu keskipistevoimasta, sanoo David Wilson, Massachusetts Institute of Technologyn tekniikan emeritusprofessori.
‘Voiman on tultava renkaista. Pyörän on kallistuttava niin, että renkaan reaktion ja radiaalivoiman yhdistelmä on linjassa pyörän ja ajajan tuloksena olevan voiman kanssa.’
Avainsanaa siihen, kuinka pitkälle voit nojata, on myös kitkakerroin, joka on kahden kappaleen välisen kitkavoiman ja niihin – tässä tapauksessa renkaaseen ja asf alttiin – kohdistuvan voiman suhde.
Useimpien kuivien materiaalien kitka-arvot ovat välillä 0,3–0,6, kun taas asf altin kanssa kosketuksissa oleva kumi voi tuottaa arvon 1–2. Kun pinnat liikkuvat suhteessa toisiinsa – pyöräilyn mukaan – tämä luku pienenee hieman.
Jotta pyörä pysyy pystyssä, sivuvoiman (keskipisteen) on oltava sama kuin kitkakerroin, ja tämä luku voi olla yllättävän suuri. Esimerkiksi 70 kg painava ratsastaja 10 kg painavalla pyörällä ajaa 20 km/h 20 metrin säteellä olevaa kaarteessa 316 newtonia.
Renkaiden on synnytettävä tämä voima, ja jos voimaa ei olisi, pyörä ja ajaja vain jatkaisivat suoraa.
Käyttämällä vaikuttavia trigonometrisia laskelmia, jotka täyttäisivät koko kirjan, kitkakerroin on yhtä suuri kuin suurimman kallistuskulman tangenttifunktio.
’Pyörä luistaa, kun kitkakerroin ylittyy, sanoo Marco Arkesteijn, urheilutieteen lehtori Aberystwythin yliopistosta. "Tämä voi johtua kitkavoiman lisääntymisestä [esimerkiksi linjan kiristämisestä kulman läpi] tai normaalivoiman pienenemisestä [esimerkiksi tien painuman vuoksi]."
Kitkakerroin voi myös muuttua pinnan muutoksen vuoksi. Siksi kaarreajo valkoisella viivalla voi olla vaarallista. "Tämä pätee erityisesti märällä kelillä", Arkesteijn sanoo. "Maali on vähemmän huokoinen, joten vesi ei hajoa."
Ratsastajan paino
Asia mutkistaa entisestään ratsastajan painokysymys. "Fysiikan kann alta pienempien miesten pitäisi pystyä nojautumaan enemmän", Arkesteijn sanoo. 'He ovat yleensä myös ketterämpiä, mikä auttaa.'
Allain ei ole aivan yhtä varma, mikä viittaa siihen, että vaikka ajajan painolla on "hieman väliä", tärkeämpää on kuljettajan ja pyörän massakeskiö.
’Se on viime kädessä tärkein tekijä, hän sanoo. Raskaammat ratsastajat ovat yleensä pidempiä ratsastajia, etenkin pro pelotonissa, mikä tarkoittaa, että heidän runkokoot ovat suurempia ja niiden massakeskipiste on korkeampi. Sinun on myös otettava huomioon tieolosuhteet. Jos olet rajalla, kolakka tiessä voi johtaa pidon menettämiseen ja kaatumiseen.
Ison-Britannian tiet ovat toisinaan pitävämpiä kuin Manner-Euroopan serkkujemme tiet, koska ne ovat huokoisempia imeäkseen sateen ja estääkseen liukastumisen. Siksi tiemme ovat karkeampia. Mutta ne ovat usein kuoppaisempia ja huonommassa kunnossa pakkasvaurioiden vuoksi, minkä vuoksi pyöräily ja ajaminen Ranskassa on ehdotonta iloa kuivalla säällä.
Kaiken tämän jälkeen, mikä on suurin kallistuskulma? Mekaniikka- ja tekniikan professori Jim Papadopoulosille ei voi vastata, ennen kuin otat huomioon yhden viimeisen tekijän – polun.
Tämä on kuvitteellinen viiva, joka projisoidaan ohjausputkea pitkin maahan. Jos tämä piste on pyörän kosketuspisteen edessä maan kanssa, sitä pidetään "positiivisena" ja se on vakaampi. Takana ja pyörä kaatuu todennäköisemmin. Trail vähentää, mitä enemmän laihdat.
’Pyöräilijät pysyvät yleensä positiivisella polulla eivätkä ylitä 45 astetta, hän sanoo. Se on yleensä pienempi, mutta kun käännös on yli 5 metrin säteellä, voit saavuttaa 45°. Tämä johtuu siitä, että jäljestä tulee vähemmän ongelma – sitten palaamme pitoon.’
Joten 45° on mahdollista nopeassa, leveässä, hyvin päällystetyssä käännöksessä, mutta niin monien muuttujien ollessa pelissä, ei valitettavasti ole lopullista vastausta. Se, kuinka pitkälle voit nojata, on koettelemus ja (toivottavasti ei liian tuskallinen) virhe.
