Technický kurz vyžaduje dobré dovednosti v zatáčkách. Ale podle fyziky, jak daleko můžete naklonit kolo, než narazíte na palubu?
Vědci si lámali hlavu nad tím, co tvoří rovnováhu na kole už od dob vašeho starého pennyho. Mnoho odborníků navrhlo, aby se tyto rotující obruče chovaly jako gyroskop, ale není to tak jednoduché. Skupina inženýrů z Nottinghamské univerzity identifikovala 25 samostatných proměnných, které ovlivňují pohyb jízdního kola, s odkazem na: „Jednoduché vysvětlení se nezdá možné, protože náklon a zatáčení jsou spojeny kombinací efektů, včetně gyroskopické precese, bočních sil působících na zem. na předním kole, bod kontaktu se zemí za osou řízení, gravitace a setrvačné reakce…'
Je známo, že pokud se kolo pohybuje rychlostí přibližně 14 km/h (9 mph), může zůstat ve vzpřímené poloze bez přítomnosti jezdce. Ale znovu, vědci nedokážou vysvětlit proč.
V tomto pozadí nahoďte další rozměr zatáčky a vypočítat úhel, o který se můžete naklonit v zatáčce, než narazíte na asf alt, je zjevně složitá záležitost. Ve správných podmínkách je možné vidět úhly 45°, ale jak se k tomu dostaneme?
„Víme, že na kolo a jezdce působí tři skutečné síly,“říká Rhett Allain, nadšený cyklista a docent fyziky na Southeastern Louisiana University v USA.
‘Tam je gravitační síla, která tlačí kolo a jezdce dolů; silnice se tlačí nahoru, čemuž říkáme „normální“síla, a třecí síla tlačí kolo směrem ke středu kruhové dráhy, po které se pohybuje.‘
Falešná síla
Existuje také odstředivá síla.„To má dopad, ale je to falešná síla,“říká Allain. Mnoho fyziků tvrdí, že odstředivá síla neexistuje a je to prostě nedostatek dostředivé síly – síly táhnoucí dovnitř, která zajišťuje, že se kolo pohybuje v kruhu podobném gravitačnímu tahu dovnitř na satelitu, aby jej udržela na oběžné dráze.
Vypočítá se pomocí rovnice F=mv2/r, kde F je dostředivá síla (newtony), m je hmotnost kola a jezdce (kg), v je rychlost (m/s) a r je poloměr rohu v metrech.
„Fyzika jízdy v zatáčce spočívá v tom, že to děláte radiálním zrychlováním směrem dovnitř, což je až dostředivá síla,“říká David Wilson, emeritní profesor inženýrství na Massachusetts Institute of Technology.
‘Síla musí pocházet z pneumatik. Kolo se musí naklonit tak, aby kombinace reakce pneumatiky a radiální síly byla v souladu s výslednou silou kola a jezdce.‘
Klíčový k tomu, jak daleko se můžete naklonit, je také koeficient tření, což je poměr síly tření mezi dvěma tělesy a síly na ně působící – v tomto případě pneumatiky a asf altu.
Většina suchých materiálů má hodnoty tření mezi 0,3 a 0,6, zatímco pryž v kontaktu s asf altem může vytvořit hodnotu mezi jednou a dvěma. Když se povrchy vůči sobě pohybují – jako při cyklování – toto číslo se mírně snižuje.
Aby kolo zůstalo vzpřímené, musí se boční síla (dostředivá) rovnat koeficientu tření a toto číslo může být překvapivě velké. Například 70kg jezdec na 10kg kole jedoucí rychlostí 20 mph v zatáčce o poloměru 20 m zažije dostředivou sílu 316 Newtonů.
Tuto sílu musí generovat pneumatiky, a pokud by tato síla neexistovala, kolo a jezdec by prostě pokračovali v přímé linii.
Pomocí působivých trigonometrických výpočtů, které by zaplnily celou knihu, se koeficient tření rovná funkci tangens maximálního úhlu náklonu.
„Kolo prokluzuje, když je překročen koeficient tření,“říká Marco Arkesteijn, lektor sportovních věd na Aberystwyth University. ‚Může to být způsobeno zvýšením třecí síly [například kvůli utažení vlasce přes roh] nebo snížením normální síly [například kvůli prohlubni na vozovce].‘
Koeficient tření se může také změnit v důsledku změny povrchu. Proto může být zatáčení na bílé čáře nebezpečné. „To platí zejména za mokra,“říká Arkesteijn. ‚Barva je méně porézní, takže se voda nerozptýlí.‘
Hmotnost jezdce
To ještě více komplikuje otázka hmotnosti jezdce. „Pokud jde o fyziku, menší kluci by měli být schopni se více naklonit,“říká Arkesteijn. ‚Jsou také obvykle agilnější, což pomáhá.‘
Allain není tak jednoznačný, což naznačuje, že zatímco na hmotnosti jezdce „trochu“záleží, důležitější je těžiště jezdce a motocyklu.
‚To je nakonec ten nejdůležitější faktor,‘říká. Těžší jezdci mají tendenci být vyššími jezdci, zejména v profesionálním pelotonu, což znamená, že jejich rámy jsou větší a jejich těžiště je vyšší. Musíte také zohlednit stav vozovky. Pokud jste na limitu, hrbol na silnici může vést ke ztrátě trakce a pádu.
Silnice ve Spojeném království jsou někdy přilnavější než silnice našich pevninských evropských bratranců, protože jsou poréznější, aby absorbovaly déšť a zabraňovaly kluzkému povrchu. Proto jsou naše cesty hrubší. Ale často jsou hrbolatější a v horším stavu kvůli poškození mrazem, proto je jízda na kole a jízda ve Francii absolutní radostí, když je sucho.
Jaký je po tom všem maximální úhel náklonu? Pro strojního a inženýrského profesora Jima Papadopoulose to nemůže být zodpovězeno, dokud nepřidáte jeden poslední faktor – stopu.
Toto je pomyslná čára, která se promítá po sloupku kormidla na zem. Pokud je tento bod před bodem kontaktu kola se zemí, je považován za „pozitivní“a je stabilnější. Za a kolo se s větší pravděpodobností převrhne. Stezka se snižuje, čím více se nakláníte.
„Cyklisté mají tendenci zůstávat v oblasti pozitivní stopy a nepřekračují 45° sklonu,“říká. „Obvykle je to méně, ale když je poloměr zatáčky větší než 5 m, můžete dosáhnout 45°. Je to proto, že se stopa stává menším problémem – pak se vrátíme k otázce trakce.’
Takže 45° je možné při rychlém, širokém obratu s dobrým povrchem, ale s tolika proměnnými ve hře bohužel neexistuje definitivní odpověď. Jak daleko se můžete naklonit, je případ pokusu a (doufejme, že ne příliš bolestivého) omylu.
