Za sada znanost ne može dati konačan odgovor. Ali sve je bliže…
Vožnja bicikla. To je kao vožnja bicikla, zar ne? Pa, ne ako ste profesor Andy Ruina sa Sveučilišta Cornell.
On je, zajedno s koautorima Jimom Papadopoulosom, Arendom Schwabom, Jodi Kooijman i Jaapom Meijaardom, napisao rad pod naslovom Bicikl može biti samostabilan bez žiroskopskih ili kliznih učinaka koji sugerira da prethodno navedeni uvjeti za stabilnost ne dovoljno objašnjavaju – a nisu ni potrebni za – fenomen samostabilnog bicikla.
‘Nevjerojatna je stvar što ljudi uopće mogu ostati na biciklu. Ali jedna od najnevjerojatnijih stvari u vezi s biciklima je ta da se mogu sami uravnotežiti,' kaže Ruina.
Dajući primjer poznate scene u filmu Jacquesa Tatija Jour de Fête iz 1949., gdje nespretni poštar François juri za svojim odbjeglim jahačem dok bez jahača vijuga niz seosku cestu, Ruina i njegovi kolege znanstvenici krenuli su s istraživanjem konvencionalne mudrosti da dva nužna uvjeta da bi bicikl ostao uspravan bila su ili žiroskopski okretni moment kotača koji se okreću ili trag kotača prednjeg kotača.
‘Bicikl možete držati uspravno samo dok se kreće,’ kaže Ruina. 'Ono što je dobro poznato je da vam upravljanje daje ravnotežu. To možemo pokazati ako zaključamo upravljač na biciklu bez vozača, gurnemo ga i zatim pustimo. Bicikl će se brzo prevrnuti na isti način kao što se prevrće kad miruje.’
Ruina uspoređuje učinak s balansiranjem metle na ruci. Kad se okomita metla počne naginjati ulijevo, balanser također pomiče svoju ruku ulijevo, vraćajući donji dio metle natrag ispod padajućeg vrha, čime ponovno uspostavlja ravnotežu. Ali izuzimajući vozača iz jednadžbe, zašto se to događa s biciklom?
‘Ljudi prirodno misle da ako se nešto brzo vrti postaje kruto zbog žiroskopskog efekta, pa kad ga okrenete, ono se želi okrenuti na drugu stranu. To je jedno uobičajeno objašnjenje. Drugi je da se bicikl ponaša kao kotačić na kolicima za kupnju.
Kontakt točka
Ljudi pretpostavljaju da je stvarna kontaktna točka prednjeg kotača s tlom ispred osi upravljanja zbog kuta glave i nagiba vilice. Ali zapravo kotač dodiruje pod odmah iza ove osi.’
Rezultat je da, poput kotačića koji se može kretati 360° oko vertikalne osi (zamislite da su vaše slušalice ležaj kotačića, a glavčina njegova osovina), vaš prednji kotač 'prati' vaš upravljač. Dakle, poput kolica za kupnju, gurnite svoj bicikl naprijed i prednji kotač nužno se uvuče i zaostaje za smjerom vožnje.
Međutim, izračuni istraživača pokazali su da ni žiroskopski ni učinak kotačića zapravo nisu odgovorni za sklonost motocikla upravljanju i samostabilizaciji.
Kako bi to dokazali, Ruina i njegov tim konstruirali su ono što nazivaju 'Two Mass Skate' (TMS). Izgledajući nešto poput sklopivog romobila, TMS ima ista svojstva kao i bicikl – dva kotača te prednji i stražnji dio mase spojen šarkom (tj. slušalicama) – ali je napravljen na takav način da nije sklon žiroskopskim ili kastorskim efektima.
Da bi se to postiglo, dva mala kotača dodiruju tlo, svaki s dodirnim i stoga suprotno rotirajućim kotačem jednake mase na vrhu, koji poništava bilo kakav giroskopski učinak sa suprotnim gibanjem (kotači TMS-a funkcioniraju više poput klizaljki). A kontaktna točka prednjeg kotača nalazi se ispred osi upravljanja, a ne iza kao kod kotačića.
Kada se gurne i otpusti, ovaj 'bicikl' bez kotačića i tragova ostaje uspravan, čak se i ispravlja kada se udari sa strane.
Ovo dakle dokazuje da nešto drugo, osim žiroskopskih ili kotačića, mora biti odgovorno za tendenciju bicikla da se samostabilizira samim upravljanjem. Kako bi to objasnili, istraživači tvrde da je distribucija mase, posebno na sklopu upravljača, ključna.
Vraćajući se na primjer s metlom, Ruina predlaže: 'TMS ima masu koja je ispred osi upravljanja kao i masu u okviru. Kada prednji dio bicikla padne, on pada brže, kao što ako držite olovku na ruci, ona će pasti brže od metle.
Dakle, prednja masa pada brže od stražnje, ali su međusobno povezane osovinom upravljanja. Stoga u pokušaju bržeg pada prednji kraj uzrokuje upravljanje i vraća bicikl natrag pod sebe.’
Ruina ističe da to još uvijek ne rješava pitanje stabilnosti bicikla, pogotovo što se tiče bicikla bez vozača. Ali ono što čini je da postavlja nova pitanja o tome kako ostajemo uspravni na biciklu, što bi jednog dana moglo rezultirati temeljnim promjenama dizajna.
Kao što su istraživači rekli: 'Ovi rezultati upućuju na to da evolucijski proces koji je doveo do uobičajenih sadašnjih dizajna bicikala možda još nije istražio potencijalno korisna područja u dizajnerskom prostoru.' Dakle.
