A tudomány egyelőre nem tud végleges választ adni. De egyre közelebb van…
Biciklizés. Ez olyan, mint a biciklizés, nem? Nos, nem, ha Ön a Cornell Egyetem professzora, Andy Ruina.
Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman és Jaap Meijaard társszerzőivel együtt írt egy tanulmányt A kerékpár önstabil lehet giroszkópos vagy ricinuseffektusok nélkül címmel, amely azt sugallja, hogy a stabilitás korábban idézett feltételei nem kellően magyarázza – és nem is szükséges – az önstabil kerékpár jelenségét.
„Figyelemre méltó dolog, hogy az emberek egyáltalán fent tudnak maradni a kerékpáron. De az egyik legcsodálatosabb dolog a kerékpárokban az, hogy képesek kiegyensúlyozni magukat” – mondja Ruina.
Példát adva Jacques Tati 1949-es Jour de Fête című filmjének híres jelenetére, ahol François postás üldözi elszökött lovagját, miközben az lovas nélkül kanyarog le egy országúton, Ruina és tudóstársai nekilátnak a hagyományos bölcsesség felfedezésére. Két szükséges feltétele annak, hogy egy kerékpár függőlegesen maradjon, a kerekek forgási giroszkópos nyomatéka vagy az első kerék görgős nyomatéka volt.
„A kerékpárt csak akkor lehet függőlegesen tartani, ha az mozog” – mondja Ruina. „Ami jól ismert, az az, hogy a kormányzás egyensúlyt ad. Ezt úgy tudjuk megmutatni, ha egy lovas nélküli kerékpáron lezárjuk a kormányt, végigtoljuk, majd elengedjük. A kerékpár ugyanúgy gyorsan felborul, mint amikor álló helyzetben van.’
Ruina a hatást egy seprű kiegyensúlyozásához hasonlítja a kezén. Amikor a függőleges seprű balra dől, a kiegyensúlyozó a kezét is balra mozgatja, visszahozva a seprű alját a leeső teteje alá, így visszanyeri az egyensúlyt. De ha kivesszük a motorost az egyenletből, miért történik ez egy kerékpárral?
„Az emberek természetesen azt gondolják, hogy ha valami gyorsan forog, az a giroszkópos hatás miatt merevvé válik, így amikor elfordítjuk, a másik irányba akar fordulni. Ez az egyik gyakori magyarázat. A másik, hogy a kerékpár úgy viselkedik, mint egy görgő a bevásárlókocsin.
Kapcsolatfelvételi pont
Az emberek azt feltételezik, hogy az első kerék tényleges talajérintkezési pontja a kormánytengely előtt van a fejszög és a villagereblye miatt. De valójában a kerék közvetlenül e tengely mögött érintkezik a padlóval.’
Az eredmény az, hogy egy görgőhöz hasonlóan, amely 360°-ban tud mozogni egy függőleges tengely körül (képzelje el, hogy a fejhallgatója a görgő csapágya, az agy pedig a tengelye), az első kerék „követi” a kormányt. Tehát, mint egy bevásárlókocsit, tolja előre a kerékpárt, és az első kerék szükségszerűen beugrik, és a haladási irány mögött halad.
A kutatók számításai azonban azt mutatták, hogy sem a giroszkópos, sem a görgős hatás valójában nem felelős a kerékpár kormányzási és önstabilizáló képességéért.
Ennek bizonyítására Ruina és csapata megépítette az úgynevezett „Two Mass Skate”-t (TMS). Valahogy úgy néz ki, mint egy felhajtható robogó, a TMS ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint egy kerékpár – két kerék, valamint egy elülső és hátsó tömegrész, amelyet egy zsanér (vagyis a headset) köt össze –, de úgy készült, hogy nem hajlamos a giroszkópos vagy görgős hatásokra.
Ennek elérése érdekében két kis kerék érintkezik a talajjal, mindegyik tetején egy egymással érintkező és így egymással ellentétes tömegű kerék található, amely ellentétes mozgás esetén kiiktat minden giroszkópos hatást (a TMS kerekei inkább korcsolyaként működnek). És az első kerék érintkezési pontja a kormánytengely előtt van, nem mögötte, mint egy görgőnél.
Ha eltolja és elengedi, ez a görgő nélküli, futómű nélküli „kerékpár” függőlegesen marad, és még akkor is korrigálja magát, ha oldalról ütik.
Ez tehát azt bizonyítja, hogy a giroszkópos vagy görgős effektusokon kívül másnak is kell lennie azért, hogy a kerékpár önstabilizálódjon azáltal, hogy maga alá kormányoz. Ennek magyarázatára a kutatók azt állítják, hogy kulcsfontosságú a tömeg eloszlása, különösen a kormányszerkezeten.
A seprűpéldához visszatérve Ruina azt javasolja: „A TMS-nek van egy tömege, amely a kormánytengely előtt van, valamint a keretben van. Ha egy kerékpár eleje leesik, gyorsabban esik, mintha egy ceruzát egyensúlyozna a kezén, gyorsabban esik le, mint egy seprű.
Tehát az első tömeg gyorsabban esik, mint a hátsó tömeg, de ezek a kormánytengelyen keresztül kapcsolódnak egymáshoz. Így a gyorsabb esés kísérlete során az eleje kormányzást idéz elő, és visszahozza maga alá a kerékpárt.’
Ruina rámutat arra, hogy ez még mindig nem oldja meg a kerékpár stabilitásának kérdését, nem utolsósorban ami a lovas nélküli kerékpárokat illeti. De új kérdéseket vet fel azzal kapcsolatban, hogyan maradhatunk egyenesen a kerékpáron, ami egy napon alapvető változásokat eredményezhet a tervezésben.
Ahogyan a kutatók fogalmaznak: „Ezek az eredmények arra utalnak, hogy az evolúciós folyamat, amely a jelenlegi kerékpáros tervezésekhez vezetett, még nem tárta fel a potenciálisan hasznos régiókat a tervezési térben.” Tehát ott van.
