الموازنة: لماذا لا تسقط الدراجات؟

جدول المحتويات:

الموازنة: لماذا لا تسقط الدراجات؟
الموازنة: لماذا لا تسقط الدراجات؟

فيديو: الموازنة: لماذا لا تسقط الدراجات؟

فيديو: الموازنة: لماذا لا تسقط الدراجات؟
فيديو: خمس اخطاء خطيرة يرتكبها المبتدئين على الدراجات النارية 2024, مارس
Anonim

حتى الآن ، لا يستطيع العلم تقديم إجابة نهائية. لكنها تقترب …

ركوب الدراجة. إنه مثل ركوب الدراجة ، أليس كذلك؟ حسنًا ، ليس إذا كنت أستاذًا بجامعة كورنيل آندي روينا.

قام ، جنبًا إلى جنب مع المؤلفين المشاركين جيم بابادوبولوس وأريند شواب وجودي كويجمان وجاب ميجارد ، بكتابة ورقة بعنوان "دراجة يمكن أن تكون مستقرة ذاتيًا بدون تأثيرات جيروسكوبية أو كاستور" تقترح الشروط المذكورة سابقًا للاستقرار لا شرح بما فيه الكفاية - وليست ضرورية - لظاهرة الدراجة ذاتية الاستقرار.

"إنه لأمر رائع أن يتمكن الناس من البقاء مستيقظين على دراجة على الإطلاق. ولكن من أكثر الأشياء المدهشة فيما يتعلق بالدراجات أنها يمكن أن توازن نفسها ، "كما تقول روينا.

بإعطاء مثال للمشهد الشهير في فيلم Jour de Fête لجاك تاتي عام 1949 ، حيث يطارد ساعي البريد الفاسد فرانسوا فرسه الجامح وهو يندفع بلا راكب على طريق ريفي ، شرع روينا وزملاؤه من العلماء في استكشاف الحكمة التقليدية القائلة بأن شرطان ضروريان لبقاء الدراجة في وضع مستقيم هما إما عزم الدوران الجيروسكوبي للعجلات التي تدور أو مسار العجلة للعجلة الأمامية.

يقول روينا: "لا يمكنك إبقاء الدراجة في وضع مستقيم إلا عندما تتحرك". "الشيء المعروف هو أن التوجيه يمنحك التوازن. يمكننا إظهار هذا إذا أغلقنا عجلة القيادة على دراجة بدون راكبين ، ودفعناها على طول ، ثم تركناها. ستسقط الدراجة بسرعة بنفس الطريقة التي تسقط بها عندما تكون ثابتة ".

تشبّه Ruina التأثير بموازنة المكنسة في يد المرء. عندما تبدأ المكنسة الرأسية في الانحناء إلى اليسار ، يحرك الموازن يده إلى اليسار أيضًا ، ويعيد الجزء السفلي من المكنسة إلى أسفل الجزء العلوي المتساقط ، وبالتالي يستعيد التوازن.لكن بإخراج الراكب من المعادلة ، لماذا يحدث هذا بالدراجة؟

يعتقد الناس بطبيعة الحال أنه إذا دار شيء ما بسرعة فإنه يصبح صلبًا بسبب التأثير الجيروسكوبي ، لذلك عندما تديره ، فإنه يريد أن يتحول في الاتجاه الآخر. هذا هو أحد التفسيرات الشائعة. والآخر هو أن الدراجة تتصرف كعجلة على عربة التسوق.

جهة الاتصال

يفترض الناس أن نقطة التلامس الأرضية الفعلية للعجلة الأمامية أمام محور التوجيه بسبب زاوية الرأس وشوكة الشوكة. لكن في الواقع ، تلامس العجلة الأرضية خلف هذا المحور مباشرة.

والنتيجة هي أنه ، مثل العجلة التي يمكنها التحرك بزاوية 360 درجة حول محور عمودي (تخيل أن سماعة الرأس هي محمل العجلة والمحور هو محورها) ، فإن العجلة الأمامية "تتبع" مقودك. لذا مثل عربة التسوق ، ادفع دراجتك للأمام وستدفع العجلة الأمامية بالضرورة وتتحرك خلف اتجاه السفر.

ومع ذلك ، أظهرت حسابات الباحثين أنه لا التأثير الجيروسكوبي أو تأثير الخروع مسؤول فعليًا عن ميل الدراجة للتوجيه والاستقرار الذاتي.

لإثبات ذلك ، قام Ruina وفريقه ببناء ما يسمونه "Two Mass Skate" (TMS). نظرًا لشيء يشبه السكوتر القابل للطي ، فإن TMS له نفس خصائص الدراجة - عجلتان وقسم أمامي وخلفي للكتلة متصل بواسطة مفصل (مثل سماعة الرأس) - ولكنه مصنوع بطريقة لا تكون كذلك عرضة للتأثيرات الجيروسكوبية أو الخروع.

لتحقيق ذلك ، تلامس عجلتان صغيرتان بالأرض ، كل منهما به عجلة ملامسة ومن ثم بعجلة دوارة متقابلة ذات كتلة متساوية في الأعلى ، والتي تلغي أي تأثير جيروسكوبي مع حركة معاكسة (تعمل عجلات TMS مثل الزلاجات). ونقطة تلامس العجلة الأمامية تقع أمام محور التوجيه وليس خلفها كما في العجلة.

عند دفعها وإطلاقها ، تظل هذه "الدراجة" الخالية من العجلات في وضع مستقيم ، حتى أنها تصحح نفسها عند طرقها من الجانب.

هذا يثبت بالتالي أن شيئًا آخر ، بخلاف تأثيرات الجيروسكوب أو الخروع ، يجب أن يكون مسؤولاً عن ميل الدراجة إلى الاستقرار الذاتي من خلال التوجيه تحت نفسها.لتفسير ذلك ، افترض الباحثون أن توزيع الكتلة ، خاصة على مجموعة التوجيه ، هو المفتاح.

بالعودة إلى مثال المكنسة ، يقترح روينا ، يحتوي نظام TMS على كتلة أمام محور التوجيه بالإضافة إلى كتلة في الإطار. عندما تسقط مقدمة الدراجة ، فإنها تسقط بشكل أسرع ، تمامًا كما لو كنت توازن قلم رصاص على يدك ، فسوف يسقط أسرع من المكنسة.

لذا فإن الكتلة الأمامية تسقط أسرع من الكتلة الخلفية ، لكنها متصلة ببعضها البعض بواسطة محور التوجيه. وبالتالي في محاولة للسقوط بشكل أسرع ، تتسبب الواجهة الأمامية في التوجيه وإعادة الدراجة مرة أخرى تحت نفسها.

يشير Ruina إلى أن هذا لا يزال لا يحل مسألة استقرار الدراجة ، ليس أقلها يتعلق بدراجة بدون راكب. ولكن ما يفعله هو طرح أسئلة جديدة حول كيفية بقائنا منتصبين على الدراجة ، والتي قد تؤدي في يوم من الأيام إلى تغييرات جوهرية في التصميم.

كما صاغها الباحثون: "تشير هذه النتائج إلى أن العملية التطورية التي أدت إلى تصميمات الدراجات الحالية الشائعة ربما لم تستكشف بعد مناطق قد تكون مفيدة في مساحة التصميم". لذلك هناك.

موصى به: