Dengeleme eylemi: Neden bisikletler öylece devrilmiyor?

İçindekiler:

Dengeleme eylemi: Neden bisikletler öylece devrilmiyor?
Dengeleme eylemi: Neden bisikletler öylece devrilmiyor?

Video: Dengeleme eylemi: Neden bisikletler öylece devrilmiyor?

Video: Dengeleme eylemi: Neden bisikletler öylece devrilmiyor?
Video: Tekirdağ Öğretmen Akademisi _ Lider Öğretmen 2024, Mart
Anonim

Henüz bilim kesin bir cevap sağlayamıyor. Ama yaklaşıyor…

Bisiklete binmek. Tıpkı bisiklete binmek gibi, değil mi? Pekala, eğer Cornell Üniversitesi profesörü Andy Ruina değilseniz.

He, ortak yazarlar Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman ve Jaap Meijaard ile birlikte, daha önce bahsedilen stabilite koşullarının, A Bicycle Can Be Self-Stable Without Jiroskopik veya Castor Effects adlı bir makale yazdı. kendi kendine dengeli bisiklet olgusunu yeterince açıklayın - ve bunun için gerekli bile değil.

'İnsanların bisikletle ayakta kalabilmesi olağanüstü bir şey. Ancak bisikletlerle ilgili en şaşırtıcı şeylerden biri, kendilerini dengeleyebilmeleridir” diyor Ruina.

Jacques Tati'nin 1949 tarihli filmi Jour de Fête'deki beceriksiz postacı François'in bir kır yolunda binicisiz bir şekilde savrulurken kaçak atını kovaladığı ünlü sahneden bir örnek vererek, Ruina ve diğer bilim adamları, Bir bisikletin dik durması için gerekli iki koşul, ya dönen tekerleklerin jiroskopik torku ya da ön tekerleğin tekerlek iziydi.

'Bir bisikleti ancak hareket halindeyken dik tutabilirsin,' diyor Ruina. 'İyi bilinen şey, direksiyonun size denge sağlamasıdır. Sürücüsüz bir bisikletin direksiyonunu kilitlersek, itip sonra da bırakırsak bunu gösterebiliriz. Bisiklet, dururken düştüğü gibi çabucak düşecektir.'

Ruina, etkiyi bir süpürgenin elindeki dengeye benzetiyor. Dikey süpürge sola eğilmeye başladığında, dengeleyici elini de sola doğru hareket ettirerek süpürgenin altını düşen tepesinin altına getirerek dengeyi yeniden kazanır. Ama biniciyi denklemden çıkarırsak, bu neden bir bisiklette oluyor?

'İnsanlar doğal olarak bir şey hızlı dönerse jiroskopik etki nedeniyle sertleştiğini düşünür, bu yüzden çevirdiğinizde diğer yöne dönmek ister. Bu yaygın bir açıklama. Diğeri ise bisikletin alışveriş arabasındaki tekerlek gibi hareket etmesidir.

İletişim noktası

İnsanlar, baş açısı ve çatal eğimi nedeniyle ön tekerleğin gerçek yer temas noktasının direksiyon ekseninin önünde olduğunu varsayar. Ama aslında tekerlek, bu eksenin hemen arkasındaki zemine temas ediyor.'

Sonuç, dikey bir eksen etrafında 360° hareket edebilen bir tekerlek gibi (kulaklığınızın tekerleğin yatağı olduğunu ve göbeğinizin tekerlek aksı olduğunu hayal edin), ön tekerleğiniz gidonunuzu "takip eder". Yani bir alışveriş arabası gibi, bisikletinizi ileri doğru itin ve ön tekerlek mutlaka içeri girer ve seyahat yönünün gerisinde kalır.

Ancak, araştırmacıların hesaplamaları, ne jiroskopik ne de kastor etkisinin bir bisikletin yönlendirme ve kendi kendini dengeleme eğiliminden sorumlu olmadığını gösterdi.

Bunu kanıtlamak için Ruina ve ekibi, 'İki Toplu Paten' (TMS) dedikleri şeyi yaptılar. Katlanır bir scooter gibi görünen TMS, bir bisikletle aynı özelliklere sahiptir - iki tekerlek ve bir menteşe ile bağlanan ön ve arka kütle bölümü (yani kulaklık) - ancak öyle bir şekilde yapılmıştır ki, jiroskopik veya kastor etkilerine eğilimli.

Bunu başarmak için, iki küçük tekerlek zemine temas eder, her biri üstte eşit kütleye sahip, temas eden ve dolayısıyla zıt yönde dönen, zıt hareketle herhangi bir jiroskopik etkiyi ortadan kaldıran (TMS'nin tekerlekleri daha çok paten gibi çalışır). Ve ön tekerleğin temas noktası, tekerlekte olduğu gibi arkada değil, direksiyon ekseninin önündedir.

İtilip bırakıldığında, bu tekerleksiz, iz bırakmayan "bisiklet" dik durur, yandan vurulduğunda bile kendini düzeltir.

Bu nedenle, jiroskopik veya kastor etkilerinden başka bir şeyin, bir bisikletin kendi kendine yön vererek kendi kendini dengeleme eğiliminden sorumlu olması gerektiğini kanıtlıyor. Bunu açıklamak için araştırmacılar, özellikle direksiyon tertibatında kütle dağılımının anahtar olduğunu öne sürüyorlar.

Süpürge örneğine geri dönersek, Ruina şunu öneriyor: 'TMS'nin şaside olduğu kadar direksiyon ekseninin önünde de bir kütlesi var. Bisikletin önü düştüğünde daha hızlı düşer, tıpkı elinizdeki kalemi dengeler gibi süpürgeden daha hızlı düşer.

Öyleyse ön kütle arka kütleden daha hızlı düşer, ancak birbirlerine direksiyon ekseni ile bağlıdırlar. Böylece daha hızlı düşme girişiminde bulunan ön uç direksiyona neden olur ve bisikleti kendi altına alır.'

Ruina, bunun en azından sürücüsüz bir bisikletle ilgili olduğu için, bisikletin dengesi sorununu çözmediğine dikkat çekiyor. Ancak yaptığı şey, bir gün temel tasarım değişikliklerine yol açabilecek bir bisikletin üzerinde nasıl dik durduğumuza dair yeni sorular ortaya çıkarmaktır.

Araştırmacıların belirttiği gibi: "Bu sonuçlar, günümüzde yaygın olarak kullanılan bisiklet tasarımlarına yol açan evrimsel sürecin, tasarım alanında potansiyel olarak yararlı bölgeleri henüz keşfetmemiş olabileceğini ima ediyor." Yani var.

Önerilen: