Nowe badania rozwiązują zagadkę stateczności roweru w trakcie jazdy
Od ponad wieku naukowcy głowią się nad fizyką starego dobrego roweru, a nowe odkrycia międzynarodowego zespołu badawczego rzucają nowe światło na to nie nowe przecież zagadnienie. Zespół złożony z naukowców z Politechniki w Delft (TU Delft) w Holandii i Uniwersytetu Cornella w USA skupił się na odpowiedzi na pytanie, dlaczego rower utrzymuje stateczność powyżej pewnej prędkości. Po rozpędzeniu rower zyskuje własną stateczność i nawet popchnięty z boku nie przewraca się. Wcześniej sądzono, że stateczność jest związana z dwoma czynnikami. Po pierwsze obracające się koła roweru miały zapewniać stateczność dzięki efektom żyroskopowym, a po drugie sądzono, że istotną rolę odgrywa "ogon" - odległość, w jakiej punkt zetknięcia przedniego koła ciągnie się za osią sterowania. Nowe odkrycia opublikowane w magazynie Science odrzucają tę starą teorię. "Od lat wiemy, że powszechnie przyjęte wyjaśnienie stateczności roweru jest zbyt proste" - mówi dr Arend Schwab, naukowiec z Wydziału 3mE TU Delft. "Efekty żyroskopowe i ogon pomagają, ale nie są niezbędne dla stateczności." Dr Schwab wraz z zespołem wykorzystał model matematyczny z około 25 parametrami fizycznymi, które zostały opracowane na potrzeby wcześniejszych badań. Model ten pozwala przewidzieć z niezwykłą dokładnością, czy i przy jakiej prędkości konkretny model roweru będzie stateczny. Czerpiąc z wyników tych prac zespół zaprojektował i zbudował rower, który miał wykazać, że ani efekty żyroskopowe ani ogon nie są niezbędne do utrzymania stateczności powyżej pewnej prędkości. "W naszym artykule w magazynie Science wykazujemy nie tylko teoretycznie, ale i eksperymentalnie, że nasze spostrzeżenia są prawidłowe" - mówi dr Schwab. Opracowany rower o nazwie "Two Mass Skate" ma małe i przeciwbieżne koła, co oznacza, że nie może być mowy o efekcie żyroskopowym i mały ujemny ogon. Punkt zetknięcia przedniego koła znajduje się nieco poza osią sterowania, a jednak rower zachowuje stateczność. "To nie było proste" - wyjaśnia doktorant Jodi Kooijman, który przeprowadził znaczną część prac eksperymentalnych. "Pierwszy prototyp nie sprawdził się i niemal straciliśmy nadzieję po wielu próbach, kiedy nagle odkryliśmy, że jesteśmy w stanie wykazać stateczność. Należy wykorzystać na przykład nawierzchnię o ściśle określonej, odpowiedniej szorstkości i sztywności." Udowodniwszy swoją teorię w serii eksperymentów dr Schwab wyjaśnia teoretyczne implikacje wyników badań. "Wykazaliśmy, że podział masy ma równie istotne znacznie dla stateczności, zwłaszcza usytuowanie środka masy mechanizmu kierowniczego roweru." Innymi słowy, aby rower był stateczny mechanizm kierowniczy musi być pozbawiony stateczności, gdyż w razie upadku roweru, kierownica powinna upaść jeszcze szybciej. Odkrycia mają znaczenie dla producentów rowerów. Chociaż projekt roweru niewiele się zmienił od końca XIX w., nowe odkrycia mogą przyczynić się do opracowania nowych modyfikacji w różnych typach rowerów składanych i transportowych.Więcej informacji: Politechnika w Delft: http://home.tudelft.nl/en/(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Niderlandy, Stany Zjednoczone