تتطلب الدورة التقنية مهارات جيدة في الانعطاف. ولكن ، وفقًا للفيزياء ، إلى أي مدى يمكنك قلب دراجتك قبل أن تصطدم بالسطح؟
كان العلماء في حيرة بشأن ما يجعل توازن الدراجات منذ أيام فارثينج بيني القديم. اقترح العديد من الخبراء أن هذه الحلقات الدوارة تجعل الدراجة تتصرف مثل الجيروسكوب ، لكن الأمر ليس بهذه البساطة. حددت مجموعة من المهندسين من جامعة نوتنغهام 25 متغيرًا منفصلاً تؤثر على حركة الدراجة ، مستشهدةً بذلك ، `` لا يبدو التفسير البسيط ممكنًا لأن العجاف والتوجيه يقترنان بمجموعة من التأثيرات ، بما في ذلك الاستباقية الجيروسكوبية ، وقوى التفاعل الأرضية الجانبية. في العجلة الأمامية ، نقطة تلامس الأرض خلف محور التوجيه ، الجاذبية وردود الفعل بالقصور الذاتي … '
ما هو معروف هو أنه طالما أن الدراجة تتحرك بسرعة حوالي 14 كيلومترًا في الساعة (9 ميل في الساعة) ، فيمكنها أن تظل منتصبة دون وجود راكب. لكن مرة أخرى ، لا يستطيع العلماء تفسير السبب.
على هذه الخلفية ، قم برمي البعد الإضافي للانحناء وحساب الزاوية التي يمكنك الاتكاء عليها أثناء الانعطاف قبل أن تضغط على المدرج هو أمر معقد. في الظروف المناسبة من الممكن رؤية زوايا 45 درجة ، لكن كيف نصل إلى هذه النقطة؟
"نحن نعلم أن هناك ثلاث قوى حقيقية تعمل على الدراجة والراكب" ، كما يقول ريت ألين ، راكب دراجات متحمس وأستاذ مساعد في الفيزياء في جامعة جنوب شرق لويزيانا في الولايات المتحدة.
"هناك قوة الجاذبية التي تدفع الدراجة والراكب لأسفل ؛ هناك طريق يدفع للأعلى ، والذي نسميه القوة "العادية" ، وهناك قوة احتكاك تدفع الدراجة باتجاه مركز المسار الدائري الذي تتحرك فيه.
القوة الزائفة
هناك أيضًا قوة طرد مركزي.يقول ألين: "هذا له تأثير لكنه قوة مزيفة". يجادل العديد من الفيزيائيين بأن قوة الطرد المركزي غير موجودة وهي ببساطة نقص في قوة الجاذبية - قوة شد داخلي تضمن تحرك الدراجة في دائرة تشبه الجاذبية التي تسحب إلى الداخل على قمر صناعي لإبقائها في المدار.
يتم حسابه من خلال المعادلة F=mv2/ r ، حيث F هي القوة المركزية (نيوتن) ، m كتلة الدراجة والراكب (كلغ) ، v هي السرعة (م / ث) وص هو نصف قطر الزاوية بالأمتار.
يقول ديفيد ويلسون ، أستاذ الهندسة الفخري في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إن فيزياء ركوب المنعطفات هي أنك تفعل ذلك من خلال التسارع شعاعيًا للداخل ، والذي يرجع إلى قوة الجاذبية".
"يجب أن تأتي القوة من الإطارات. يجب أن تنحني الدراجة بحيث يتماشى مزيج رد الفعل من الإطار والقوة الشعاعية مع القوة الناتجة للدراجة والراكب ".
مفتاح أيضًا إلى أي مدى يمكنك الاتكاء هو معامل الاحتكاك ، وهو نسبة قوة الاحتكاك بين جسمين والقوة المؤثرة عليهما - في هذه الحالة الإطار والطريق المعبأ.
تحتوي معظم المواد الجافة على قيم احتكاك تتراوح بين 0.3 و 0.6 ، في حين أن المطاط الذي يلامس مدرج المطار يمكن أن ينتج رقمًا بين واحد واثنين. عندما تتحرك الأسطح بالنسبة لبعضها البعض - حسب ركوب الدراجات - يقل هذا الرقم بشكل طفيف.
لكي تظل الدراجة منتصبة ، يجب أن تساوي القوة الجانبية (الجاذبية المركزية) معامل الاحتكاك ، ويمكن أن يكون هذا الرقم كبيرًا بشكل مدهش. على سبيل المثال ، متسابق 70 كجم على دراجة 10 كجم بسرعة 20 ميلاً في الساعة حول منحنى نصف قطر 20 متر يواجه قوة جاذبية من 316 نيوتن.
يجب أن تتولد هذه القوة من الإطارات ، وإذا لم تكن القوة موجودة ، فإن الدراجة والراكب سيستمران ببساطة في خط مستقيم.
باستخدام بعض الحسابات المثلثية الرائعة التي تملأ كتابًا كاملاً ، فإن معامل الاحتكاك يساوي دالة الظل القصوى لزاوية الميل.
"ستنزلق العجلة عندما يتم تجاوز معامل الاحتكاك" ، كما يقول ماركو أركستين ، محاضر في علوم الرياضة في جامعة أبيريستويث. "قد يكون هذا بسبب زيادة قوة الاحتكاك [بسبب شد الخط من خلال زاوية على سبيل المثال] أو انخفاض القوة العادية [بسبب ، على سبيل المثال ، انخفاض في الطريق]."
يمكن أن يتغير معامل الاحتكاك أيضًا بسبب تغير السطح. هذا هو السبب في أن الانعطاف على خط أبيض يمكن أن يكون محفوفًا بالمخاطر. يقول Arkesteijn: "هذا صحيح بشكل خاص في المناطق الرطبة". "الطلاء أقل مسامية حتى لا يتشتت الماء."
وزن رايدر
لزيادة تعقيد الأمور هي مسألة وزن الراكب. يقول Arkesteijn: "من الناحية الفيزيائية ، يجب أن يكون الرجال الأصغر سناً قادرين على الاتكاء أكثر". "هم أيضًا عادة أكثر رشاقة ، مما يساعد"
Allain ليس محددًا تمامًا ، مما يشير إلى أنه في حين أن وزن الراكب مهم "قليلاً" ، فإن الأهمية الأكبر هي مركز كتلة الراكب بالإضافة إلى الدراجة.
"في النهاية ، هذا هو العامل الأكثر أهمية" ، كما يقول. يميل الدراجون الأثقل إلى أن يكونوا ركاب أطول ، خاصة في لعبة peloton المحترفة ، مما يعني أن أحجام إطاراتهم أكبر ومركز كتلتهم أعلى. تحتاج أيضًا إلى مراعاة ظروف الطريق. إذا كنت في الحد الأقصى ، يمكن أن يؤدي وجود نتوء في الطريق إلى فقدان قوة الجر والسقوط.
تكون طرق المملكة المتحدة في بعض الأحيان أكثر خطورة من تلك الخاصة بأبناء عمومتنا في أوروبا القارية لأنها أكثر مسامية لامتصاص المطر ومنع السطح الزلق. هذا هو السبب في أن طرقنا أكثر خشونة. لكنها غالبًا ما تكون أكثر وعورة وفي حالة أسوأ بسبب أضرار الصقيع ، ولهذا السبب يعتبر ركوب الدراجات والقيادة في فرنسا متعة مطلقة عندما يكون الجو جافًا.
بعد كل ذلك ، ما هي أقصى زاوية ميل؟ بالنسبة للأستاذ الميكانيكي والهندسي جيم بابادوبولوس ، لا يمكن الإجابة على ذلك حتى تضع عاملًا أخيرًا - المسار.
هذا خط وهمي يُسقط أسفل أنبوب التوجيه على الأرض. إذا كانت هذه النقطة أمام نقطة تلامس العجلة مع الأرض ، فسيتم اعتبارها "إيجابية" وتكون أكثر ثباتًا. من المرجح أن تنقلب الدراجة من الخلف. تريل يقلل من الهزال.
"يميل راكبو الدراجات إلى البقاء في منطقة المسار الإيجابي وعدم تجاوز 45 درجة من العجاف" ، كما يقول. عادة ما يكون أقل ، على الرغم من أنه عندما يكون نصف قطر الدوران أكبر من 5 أمتار ، يمكنك الوصول إلى 45 درجة. ذلك لأن الممر يصبح أقل أهمية - ثم نعود إلى مسألة الانجذاب ".
إذن 45 درجة ممكنة في دورة سريعة وواسعة وذات سطح جيد ، ولكن مع وجود العديد من المتغيرات في اللعب ، لا توجد إجابة نهائية للأسف. إلى أي مدى يمكنك الاتكاء هو حالة محاكمة و (نأمل ألا تكون مؤلمة للغاية).
