Et teknisk kurs krever gode svingferdigheter. Men, ifølge fysikk, hvor langt kan du tippe sykkelen din før du treffer dekk?
Forskere har undret seg over hva som gjør at en sykkel balanserer siden dagene da du var gammel. Mange eksperter foreslo at de spinnende bøylene får sykkelen til å oppføre seg som et gyroskop, men det er ikke så enkelt. En gruppe ingeniører fra Nottingham University identifiserte 25 separate variabler som påvirker en sykkels bevegelse, og siterer at En enkel forklaring ser ikke ut til å være mulig fordi lean og styring er koblet sammen av en kombinasjon av effekter, inkludert gyroskopisk presesjon, laterale bakkereaksjonskrefter ved forhjulet, bakkekontaktpunkt bak styreaksen, tyngdekraft og treghetsreaksjoner…'
Det som er kjent er at så lenge en sykkel beveger seg med en hastighet på rundt 14 km/t (9mph), kan den forbli oppreist uten tilstedeværelse av en rytter. Men igjen, forskere kan ikke forklare hvorfor.
På det bakteppet kan du legge inn den ekstra dimensjonen til en sving og beregne vinkelen du kan lene deg mens du kjører i sving før du treffer asf alten, er helt klart en kompleks affære. Under de rette forholdene er det mulig å se vinkler på 45°, men hvordan kommer vi til det punktet?
‘Vi vet at det er tre virkelige krefter som virker på sykkelen og rytteren, sier Rhett Allain, ivrig syklist og førsteamanuensis i fysikk ved Southeastern Louisiana University i USA.
‘Det er gravitasjonskraften som presser sykkelen og rytteren ned; det er veien som presser seg opp, som vi kaller "normal" kraft, og det er en friksjonskraft som skyver sykkelen mot midten av den sirkelformede banen den beveger seg i.’
Den falske kraften
Det er også sentrifugalkraft."Dette har en innvirkning, men det er en falsk kraft," sier Allain. Mange fysikere hevder at sentrifugalkraft ikke eksisterer og ganske enkelt er mangel på sentripetalkraft – en innovertrekkende kraft som sikrer at sykkelen beveger seg i en sirkel som ligner på tyngdekraften som trekker innover en satellitt for å holde den i bane.
Det beregnes via ligningen F=mv2/r, der F er sentripetalkraften (Newton), m er massen til sykkelen og rytteren (kg), v er hastighet (m/s) og r er radiusen til hjørnet i meter.
‘Fysikken ved å sykle en sving er at du gjør det ved å akselerere radi alt innover, som er ned til sentripetalkraft, sier David Wilson, emeritusprofessor i ingeniørfag ved Massachusetts Institute of Technology.
‘Kraften må komme fra dekkene. Sykkelen må lene seg slik at kombinasjonen av reaksjonen fra dekket og radialkraften er i tråd med den resulterende kraften til sykkel pluss-rytteren.’
Nøkkelen til hvor langt du kan lene deg er også friksjonskoeffisienten, som er forholdet mellom friksjonskraften mellom to legemer og kraften som påføres dem – i dette tilfellet dekket og asf alten.
De fleste tørre materialer har friksjonsverdier mellom 0,3 og 0,6, mens gummi i kontakt med asf alt kan gi et tall på mellom en og to. Når overflatene beveger seg i forhold til hverandre – som per sykling – reduseres dette tallet noe.
For at sykkelen skal forbli oppreist, må sidekraften (sentripetal) være lik friksjonskoeffisienten, og dette tallet kan være overraskende stort. For eksempel opplever en 70 kg-rytter på en 10 kg-sykkel som kjører fort i 30 km/t rundt en kurve med en radius på 20 m en sentripetalkraft på 316 Newton.
Denne kraften må genereres av dekkene, og hvis kraften ikke eksisterte, ville sykkelen og rytteren ganske enkelt fortsette i en rett linje.
Ved å bruke noen imponerende trigonometriske beregninger som ville fylle en hel bok, er friksjonskoeffisienten lik tangentfunksjonen til den maksimale magre vinkelen.
‘Hjulet vil skli når friksjonskoeffisienten overskrides, sier Marco Arkesteijn, lektor i idrettsvitenskap ved Aberystwyth University. ‘Dette kan skyldes at friksjonskraften øker [på grunn av å stramme snøret gjennom for eksempel et hjørne] eller at normal kraft avtar [på grunn av for eksempel en forsenkning i veien].’
Friksjonskoeffisienten kan også endres på grunn av endring i overflaten. Det er derfor det kan være farlig å svinge på en hvit linje. "Dette gjelder spesielt i det våte," sier Arkesteijn. 'Malingen er mindre porøs, så vannet sprer seg ikke.'
Ryttervekt
For å komplisere saken ytterligere er spørsmålet om rytterens vekt. "Fysikkmessig burde mindre gutter kunne lene seg mer," sier Arkesteijn. «De er også vanligvis mer smidige, noe som hjelper.»
Allain er ikke fullt så bestemt, noe som antyder at selv om syklistens vekt betyr litt, er massesenteret til rytter-pluss-sykkelen av større betydning.
‘Til syvende og sist er det den viktigste faktoren, sier han. Tyngre ryttere har en tendens til å være høyere ryttere, spesielt i proffpelotonet, noe som betyr at rammestørrelsene deres er større og massesenteret deres er høyere. Du må også ta hensyn til veiforholdene. Hvis du er ved grensen, kan en støt i veien føre til tap av veigrep og fall.
Britiske veier er noen ganger mer gripende enn våre kusiner på det europeiske fastlandet fordi de er mer porøse til å absorbere regn og forhindre glatt underlag. Derfor er veiene våre grovere. Men de er ofte humpete og i dårligere stand på grunn av frostskader, derfor er det en absolutt glede å sykle og kjøre i Frankrike når det er tørt.
Etter alt det, hva er den maksimale magre vinkelen? For maskin- og ingeniørprofessor Jim Papadopoulos kan det ikke besvares før du legger inn en siste faktor – trail.
Dette er en tenkt linje som projiseres nedover styrerøret til bakken. Hvis dette punktet er foran hjulkontaktpunktet med bakken, anses det som "positivt" og er mer stabilt. Bak og sykkelen er mer sannsynlig å velte. Stien reduseres jo mer du lener deg.
‘Syklister har en tendens til å holde seg i den positive sti-regionen og ikke overskride 45° mager, sier han. 'Det er vanligvis mindre, men når svingen er større enn 5 meter radius, kan du nå 45°. Det er fordi spor blir mindre et problem – så går vi tilbake til spørsmålet om trekkraft.’
Så 45° er mulig på en rask, bred, godt dekket sving, men med så mange variabler i spill, er det dessverre ikke noe definitivt svar. Hvor langt du kan lene deg er et tilfelle av prøving og (forhåpentligvis ikke for smertefull) feil.
