Një kurs teknik kërkon aftësi të mira në kthesat. Por, sipas fizikës, sa larg mund ta kthesh biçikletën para se të ngjitesh në kuvertë?
Shkencëtarët kanë qenë në mëdyshje se çfarë e bën ekuilibrin e biçikletës që nga ditët e qindarkës së vjetër. Shumë ekspertë sugjeruan që ato rrathë rrotullues e bëjnë biçikletën të sillet si xhiroskop, por nuk është aq e thjeshtë. Një grup inxhinierësh nga Universiteti i Nottingham-it identifikuan 25 variabla të veçantë që ndikojnë në lëvizjen e biçikletës, duke cituar se, Një shpjegim i thjeshtë nuk duket i mundur sepse animi dhe drejtimi shoqërohen nga një kombinim efektesh, duke përfshirë precesionin xhiroskopik, forcat anësore të reagimit të tokës. në timonin e përparmë, pika e kontaktit me tokën që zvarritet pas boshtit të drejtimit, graviteti dhe reaksionet inerciale…'
Ajo që dihet është se për sa kohë që një biçikletë lëviz me një shpejtësi prej rreth 14 kmh (9mph), ajo mund të qëndrojë drejt pa praninë e një kalorësi. Por përsëri, shkencëtarët nuk mund të shpjegojnë pse.
Në atë sfond, hidhni dimensionin e shtuar të një kthese dhe llogaritja e këndit që mund të anoni gjatë kthesës përpara se të goditni në asf alt është padyshim një çështje komplekse. Në kushtet e duhura është e mundur të shohim kënde prej 45°, por si të arrijmë në atë pikë?
"Ne e dimë se janë tre forca reale që veprojnë në biçikletë dhe kalorës," thotë Rhett Allain, çiklist i mprehtë dhe profesor i asociuar i fizikës në Universitetin Juglindor të Luizianës në SHBA.
"Ka forcë gravitacionale që shtyn biçikletën dhe kalorësin poshtë; është rruga që shtyn lart, të cilën ne e quajmë forcë "normale", dhe ka një forcë fërkimi që e shtyn biçikletën drejt qendrës së shtegut rrethor në të cilin po lëviz.'
Forca e rreme
Ka edhe forcë centrifugale."Kjo ka një ndikim, por është një forcë e rreme," thotë Allain. Shumë fizikanë argumentojnë se forca centrifugale nuk ekziston dhe është thjesht një mungesë e forcës centripetale – një forcë tërheqëse nga brenda që siguron që biçikleta të lëvizë në një rreth të ngjashëm me gravitetin që tërhiqet nga brenda në një satelit për ta mbajtur atë në orbitë.
Llogaritet nëpërmjet ekuacionit F=mv2/r, ku F është forca centripetale (Njuton), m është masa e biçikletës dhe kalorës (kg), v është shpejtësia (m/s) dhe r është rrezja e këndit në metra.
"Fizika e kalimit në një kthesë është se ju e bëni atë duke u përshpejtuar në mënyrë radiale nga brenda, e cila varet nga forca centripetale," thotë David Wilson, profesor emeritus i inxhinierisë në Institutin e Teknologjisë në Massachusetts.
'Forca duhet të vijë nga gomat. Biçikleta duhet të anohet në mënyrë që kombinimi i reagimit nga goma dhe forcës radiale të jetë në përputhje me forcën rezultuese të biçikletës plus kalorës.'.
Gjithashtu çelësi për sa larg mund të mbështeteni është koeficienti i fërkimit, që është raporti i forcës së fërkimit midis dy trupave dhe forcës së aplikuar mbi to - në këtë rast goma dhe asf alti.
Shumica e materialeve të thata kanë vlera fërkimi midis 0.3 dhe 0.6, ndërsa goma në kontakt me asf alt mund të prodhojë një shifër midis një dhe dy. Kur sipërfaqet lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën – sipas biçikletës – kjo shifër zvogëlohet pak.
Që biçikleta të qëndrojë drejt, forca anësore (centripetale) duhet të jetë e barabartë me koeficientin e fërkimit dhe kjo shifër mund të jetë çuditërisht e madhe. Për shembull, një kalorës 70 kg në një biçikletë 10 kg që shpejton me 20 mph rreth një kthese me një rreze prej 20 m përjeton një forcë centripetale prej 316 Njutonësh.
Kjo forcë duhet të krijohet nga gomat, dhe nëse forca nuk do të ekzistonte, biçikleta dhe kalorësi thjesht do të vazhdonin në një vijë të drejtë.
Duke përdorur disa llogaritje mbresëlënëse trigonometrike që do të mbushnin një libër të tërë, koeficienti i fërkimit është i barabartë me funksionin tangjent të këndit maksimal të pjerrësisë.
"Rrota do të rrëshqasë kur të tejkalohet koeficienti i fërkimit," thotë Marco Arkesteijn, pedagog i shkencës sportive në Universitetin Aberystwyth. 'Kjo mund të jetë për shkak të rritjes së forcës së fërkimit [për shembull, për shkak të shtrëngimit të vijës përmes një qoshe] ose forcës normale që zvogëlohet [për, të themi, një depresioni në rrugë].'
Koeficienti i fërkimit mund të ndryshojë gjithashtu për shkak të një ndryshimi në sipërfaqe. Kjo është arsyeja pse kthesa në një vijë të bardhë mund të jetë e rrezikshme. "Kjo është veçanërisht e vërtetë në lagësht," thotë Arkesteijn. "Bojë është më pak poroze kështu që uji nuk shpërndahet."
pesha e kalorësit
Për t'i komplikuar më tej gjërat është çështja e peshës së kalorësit. “Përsa i përket fizikës, djemtë më të vegjël duhet të jenë në gjendje të anojnë më shumë”, thotë Arkesteijn. "Ata janë gjithashtu më të shkathët, gjë që ndihmon."
Allain nuk është aq i caktuar, duke sugjeruar se ndërsa pesha e kalorësve ka 'pak rëndësi', me rëndësi më të madhe është qendra e masës e kalorës plus biçikleta.
"Në fund të fundit, ky është faktori më i rëndësishëm," thotë ai. Kalorësit më të rëndë priren të jenë kalorës më të gjatë, veçanërisht në pro peloton, që do të thotë se madhësitë e tyre të kornizës janë më të mëdha dhe qendra e tyre e masës është më e lartë. Ju gjithashtu duhet të merrni parasysh kushtet e rrugës. Nëse jeni në kufi, një përplasje në rrugë mund të çojë në një humbje të tërheqjes dhe një rënie.
Rrugët në Mbretërinë e Bashkuar ndonjëherë janë më të kapura se ato të kushërinjve tanë kontinental evropian, sepse ato janë më poroze për të thithur shiun dhe për të parandaluar një sipërfaqe të rrëshqitshme. Kjo është arsyeja pse rrugët tona janë më të vrazhda. Por ato janë shpesh më të trazuara dhe në gjendje më të keqe për shkak të dëmtimit të ngricave, prandaj ngasja me biçikletë dhe ngasja në Francë është një gëzim absolut kur është e thatë.
Pas gjithë kësaj, cili është këndi maksimal i animit? Për profesorin e mekanikës dhe inxhinierisë Jim Papadopoulos, kjo nuk mund të përgjigjet derisa të hedhësh një faktor përfundimtar - gjurmët.
Kjo është një vijë imagjinare që është projektuar poshtë tubit të drejtimit në tokë. Nëse kjo pikë është përpara pikës së kontaktit të rrotës me tokën, ajo konsiderohet 'pozitive' dhe është më e qëndrueshme. Pas dhe biçikleta ka më shumë gjasa të përmbyset. Gjurma zvogëlon sa më shumë të mbështeteni.
"Çiklistët priren të qëndrojnë në rajonin e shtegut pozitiv dhe nuk i kalojnë 45° të dobët," thotë ai. “Zakonisht është më pak, megjithëse kur kthesa është më e madhe se rreze 5 m, mund të arrish 45°. Kjo për shkak se gjurmët bëhen më pak problematike – pastaj kthehemi te çështja e tërheqjes.'.
Pra, 45° është e mundur në një kthesë të shpejtë, të gjerë dhe me sipërfaqe të mirë, por me kaq shumë variabla në lojë, fatkeqësisht nuk ka asnjë përgjigje përfundimtare. Sa larg mund të mbështeteni është një rast prove dhe gabimi (shpresojmë jo shumë të dhimbshëm).
