Věda zatím není schopna poskytnout definitivní odpověď. Ale už se to blíží…
Jízda na kole. Je to jako jízda na kole, že? No, ne, pokud jste profesor Cornell University Andy Ruina.
Společně se spoluautory Jimem Papadopoulosem, Arendem Schwabem, Jodi Kooijman a Jaapem Meijaardem napsal článek nazvaný Kolo může být samostabilní bez gyroskopických nebo castorových efektů, který naznačuje, že dříve uvedené podmínky stability nejsou dostatečně vysvětlit – a nejsou pro to ani nutné – fenomén autostabilního kola.
‘Je pozoruhodná věc, že lidé vůbec mohou zůstat na kole. Ale jedna z nejúžasnějších věcí na kolech je to, že se dokážou vyrovnat, “říká Ruina.
Na příkladu slavné scény ve filmu Jacquese Tatiho Jour de Fête z roku 1949, kde zpackaný pošťák François pronásleduje svého uprchlého oře, když se bez jezdců vine po venkovské silnici, Ruina a jeho kolegové vědci začali zkoumat konvenční moudrost, která dvě nezbytné podmínky pro to, aby kolo zůstalo ve vzpřímené poloze, byly buď gyroskopický točivý moment otáčení kol, nebo dráha otočného kola předního kola.
‚Kolo můžete držet ve vzpřímené poloze, jen když se pohybuje,‘říká Ruina. „Co je dobře známo, je, že řízení vám dává rovnováhu. Můžeme to ukázat, když zamkneme řízení na kole bez jezdce, zatlačíme na něj a pak ho pustíme. Kolo se rychle převrhne stejným způsobem, jako když se převrhne, když stojí.‘
Ruina efekt přirovnává k balancování koštětem na ruce. Jakmile se vertikální koště začne naklánět doleva, vyvažovač posune ruku také doleva, čímž vrátí spodní část smetáku zpět pod jeho padající vršek, čímž znovu získá rovnováhu. Ale když vyjmeme jezdce z rovnice, proč se to děje na kole?
‘Lidé si přirozeně myslí, že když se něco rychle točí, ztuhne to díky gyroskopickému efektu, takže když to otočíte, chce to otočit na druhou stranu. To je jedno běžné vysvětlení. Druhým je, že kolo se chová jako kolečko na nákupním vozíku.
Kontaktní místo
Lidé předpokládají, že skutečný bod kontaktu předního kola se zemí je před osou řízení kvůli úhlu hlavy a sklonu vidlice. Ale ve skutečnosti se kolo dotýká podlahy těsně za touto osou.‘
Výsledkem je, že stejně jako kolečko, které se může pohybovat o 360° kolem svislé osy (představte si, že vaše náhlavní souprava je ložisko kolečka a váš náboj je jeho osa), vaše přední kolo „sleduje“vaše řídítka. Takže jako nákupní vozík posuňte kolo dopředu a přední kolo se nutně zasune a bude se pohybovat po směru jízdy.
Výpočty výzkumníků však ukázaly, že ani gyroskopický nebo kolečkový efekt není ve skutečnosti zodpovědný za sklon kola k řízení a autostabilizaci.
Aby to dokázal, Ruina a jeho tým zkonstruovali to, čemu říkají ‚Two Mass Skate‘(TMS). TMS vypadá jako skládací koloběžka a má stejné vlastnosti jako kolo – dvě kola a přední a zadní část hmoty spojenou závěsem (tj. headset) – ale je vyrobena tak, aby nebyla náchylné ke gyroskopickým nebo kolečkovým efektům.
Aby toho bylo dosaženo, dvě malá kolečka se dotýkají země, každé s dotýkajícím se a tudíž protilehlým kolečkem stejné hmotnosti nahoře, které ruší jakýkoli gyroskopický efekt opačným pohybem (kolečka TMS fungují spíše jako brusle). A kontaktní bod předního kola leží před osou řízení, ne vzadu jako u kolečka.
Když zatlačíte a uvolníte, toto „kolo“bez koleček bez návěsu zůstane ve vzpřímené poloze, a to i při nárazu ze strany.
To tedy dokazuje, že za tendenci motocyklu k autostabilizaci řízením pod sebe musí být zodpovědné něco jiného než gyroskopické nebo kolečkové efekty. Aby to vysvětlili, vědci předpokládají, že rozložení hmoty, zejména na sestavě řízení, je klíčové.
Vrátíme-li se k příkladu koštěte, Ruina navrhuje: „TMS má hmotu, která je před osou řízení, stejně jako hmotu v rámu. Když předek kola spadne, spadne rychleji, stejně jako když si na ruce udržíte tužku, spadne rychleji než koště.
Přední hmota tedy klesá rychleji než zadní hmota, ale jsou navzájem spojeny osou řízení. Při pokusu o rychlejší pád přední část způsobí řízení a vrátí kolo zpět pod sebe.‘
Ruina poukazuje na to, že to stále neřeší otázku stability jízdního kola, v neposlední řadě pokud jde o kolo bez jezdce. Ale to, co dělá, je vyvolávat nové otázky o tom, jak zůstaneme na kole vzpřímeně, což může jednoho dne vést k zásadním změnám designu.
Jak uvedli výzkumníci: ‚Tyto výsledky naznačují, že evoluční proces, který vedl k běžným současným návrhům jízdních kol, možná ještě neprozkoumal potenciálně užitečné oblasti v designovém prostoru.‘Takže ano.
