Tečaj tehnike zahtijeva dobre vještine skretanja. Ali, prema fizici, koliko daleko možete nagnuti svoj bicikl prije nego što udarite u palubu?
Znanstvenici razbijaju glavu oko toga što čini vagu bicikla još od dana starog penny farthinga. Mnogi su stručnjaci sugerirali da ti rotirajući obruči čine da se bicikl ponaša poput žiroskopa, ali nije tako jednostavno. Grupa inženjera sa Sveučilišta Nottingham identificirala je 25 zasebnih varijabli koje utječu na kretanje bicikla, navodeći da se jednostavno objašnjenje ne čini mogućim jer su nagib i upravljanje povezani kombinacijom učinaka, uključujući žiroskopsku precesiju, bočne sile reakcije na tlo na prednjem kotaču, dodirna točka s tlom iza osi upravljanja, gravitacijske i inercijske reakcije…'
Ono što je poznato je da sve dok se bicikl kreće brzinom od oko 14kmh (9mph), može ostati uspravan bez prisutnosti vozača. Ali opet, znanstvenici ne mogu objasniti zašto.
U toj pozadini dodajte dodatnu dimenziju zavoja i izračunavanje kuta koji možete nagnuti tijekom skretanja prije nego što udarite u asf alt očito je složena stvar. U pravim uvjetima moguće je vidjeti kutove od 45°, ali kako doći do te točke?
'Znamo da postoje tri stvarne sile koje djeluju na bicikl i vozača,' kaže Rhett Allain, zaljubljenik u biciklizam i izvanredni profesor fizike na Sveučilištu Southeastern Louisiana u SAD-u.
‘Postoji gravitacijska sila koja gura bicikl i vozača prema dolje; postoji cesta koja gura prema gore, što nazivamo "normalnom" silom, a postoji i sila trenja koja gura bicikl prema središtu kružne staze kojom se kreće.'
Lažna sila
Postoji i centrifugalna sila.'Ovo ima utjecaja, ali to je lažna sila', kaže Allain. Mnogi fizičari tvrde da centrifugalna sila ne postoji i da je jednostavno nedostatak centripetalne sile – sile koja vuče prema unutra koja osigurava da se bicikl kreće u krugu slično gravitaciji koja vuče prema unutra satelit kako bi ga zadržala u orbiti.
Izračunava se putem jednadžbe F=mv2/r, gdje je F centripetalna sila (Newtoni), m je masa bicikla i vozača (kg), v je brzina (m/s), a r je polumjer kuta u metrima.
'Fizika vožnje u zavoju je da to činite ubrzavanjem radijalno prema unutra, što se svodi na centripetalnu silu,' kaže David Wilson, emeritus profesor inženjerstva na Massachusetts Institute of Technology.
‘Sila mora dolaziti od guma. Bicikl se mora naginjati tako da je kombinacija reakcije gume i radijalne sile u skladu s rezultirajućom silom bicikla i vozača.’
Također, ključ za koliko se možete nagnuti je koeficijent trenja, koji je omjer sile trenja između dva tijela i sile koja djeluje na njih – u ovom slučaju gume i asf alta.
Većina suhih materijala ima vrijednosti trenja između 0,3 i 0,6, dok guma u kontaktu s asf altom može proizvesti vrijednost između jedan i dva. Kada se površine pomiču jedna u odnosu na drugu – prema ciklusu – ova se brojka lagano smanjuje.
Da bi bicikl ostao uspravan, bočna sila (centripetalna) mora biti jednaka koeficijentu trenja, a ta brojka može biti iznenađujuće velika. Na primjer, vozač od 70 kg na biciklu od 10 kg koji juri brzinom od 20 mph oko zavoja polumjera 20 m doživljava centripetalnu silu od 316 Newtona.
Ovu silu moraju generirati gume, a da sila ne postoji, bicikl i vozač jednostavno bi išli u ravnoj liniji.
Upotrebom nekih impresivnih trigonometrijskih izračuna koji bi ispunili cijelu knjigu, koeficijent trenja jednak je funkciji tangente maksimalnog nagnutog kuta.
‘Kotač će proklizavati kada se prekorači koeficijent trenja,’ kaže Marco Arkesteijn, predavač sportske znanosti na Sveučilištu Aberystwyth. 'To može biti zbog povećanja sile trenja [zbog zatezanja konopa kroz zavoj, na primjer] ili normalnog smanjenja sile [zbog, recimo, udubljenja na cesti].'
Koeficijent trenja također se može promijeniti zbog promjene površine. Zato skretanje na bijelu liniju može biti opasno. 'Ovo je osobito istinito na mokrom', kaže Arkesteijn. 'Boja je manje porozna pa se voda ne raspršuje.'
Težina vozača
Stvari dodatno kompliciraju problem težine vozača. 'Što se tiče fizike, manji bi se momci trebali moći više naginjati', kaže Arkesteijn. 'Također su obično agilniji, što pomaže.'
Allain nije baš tako određen, sugerirajući da dok je težina vozača 'malo' bitna, važniji je centar mase vozača-plus-bicikla.
'U konačnici, to je najvažniji faktor', kaže on. Teži vozači obično su viši vozači, posebno u pro pelotonu, što znači da su im veličine okvira veće i da im je centar mase viši. Također morate uzeti u obzir uvjete na cesti. Ako ste na granici, neravnina na cesti može dovesti do gubitka prianjanja i pada.
Ceste u Velikoj Britaniji ponekad su bolje prianjajuće od onih naših rođaka u kontinentalnoj Europi jer su poroznije da upijaju kišu i sprječavaju sklisku površinu. Zato su naše ceste grublje. Ali često su neravnije iu lošijem stanju zbog oštećenja od mraza, stoga je vožnja bicikla i vožnja u Francuskoj apsolutni užitak kada je suho.
Nakon svega toga, koji je najveći kut nagiba? Za profesora strojarstva i inženjerstva Jima Papadopoulosa, na to se ne može odgovoriti dok ne ubacite još jedan posljednji faktor - trag.
Ovo je zamišljena linija koja je projicirana niz cijev upravljača prema tlu. Ako je ta točka ispred kontaktne točke kotača s tlom, smatra se "pozitivnom" i stabilnija je. Iza i veća je vjerojatnost da će se bicikl prevrnuti. Trag se smanjuje što se više naginješ.
'Biciklisti obično ostaju u području pozitivne staze i ne prelaze 45° nagiba,' kaže on. 'Obično je manje, ali kada je zaokret veći od 5 m radijusa, možete doseći 45°. To je zato što staza postaje manji problem – onda se vraćamo na pitanje trakcije.’
Dakle, 45° je moguće na brzom, širokom zavoju s dobrom površinom, ali s toliko mnogo varijabli u igri, nažalost nema konačnog odgovora. Koliko daleko se možete nagnuti je slučaj pokušaja i (nadamo se ne previše bolne) pogreške.
