Tindakan mengimbangi: Mengapa basikal tidak jatuh sahaja?

Isi kandungan:

Tindakan mengimbangi: Mengapa basikal tidak jatuh sahaja?
Tindakan mengimbangi: Mengapa basikal tidak jatuh sahaja?

Video: Tindakan mengimbangi: Mengapa basikal tidak jatuh sahaja?

Video: Tindakan mengimbangi: Mengapa basikal tidak jatuh sahaja?
Video: 3 TANDA MENTAL KAMU LEMAH | Motivasi Merry | Merry Riana 2024, Mac
Anonim

Setakat ini, sains tidak dapat memberikan jawapan yang pasti. Tetapi ia semakin hampir…

Menunggang basikal. Ia sama seperti menunggang basikal, bukan? Baiklah, tidak jika anda profesor Universiti Cornell Andy Ruina.

Beliau, bersama pengarang bersama Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman dan Jaap Meijaard, telah menulis makalah bertajuk A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Castor Effects yang mencadangkan syarat yang dinyatakan sebelum ini untuk kestabilan tidak menerangkan dengan secukupnya – malah tidak diperlukan untuk – fenomena basikal stabil diri.

‘Adalah satu perkara yang luar biasa bahawa orang ramai boleh berjaga di atas basikal sama sekali. Tetapi salah satu perkara yang paling menakjubkan tentang basikal ialah ia boleh mengimbangi diri mereka sendiri, ' kata Ruina.

Memberi contoh adegan yang terkenal dalam filem Jour de Fête karya Jacques Tati pada 1949, di mana posmen yang ceroboh François mengejar kudanya yang melarikan diri ketika ia melintasi jalan desa tanpa penunggang, Ruina dan rakan-rakan saintisnya mula meneroka kebijaksanaan konvensional yang dua syarat yang diperlukan untuk basikal kekal tegak ialah sama ada tork giroskopik roda berputar atau jejak kastor roda hadapan.

‘Anda hanya boleh memastikan basikal tegak apabila ia bergerak,’ kata Ruina. 'Apa yang terkenal ialah stereng memberikan anda keseimbangan. Kita boleh menunjukkan ini jika kita mengunci stereng pada basikal tanpa penunggang, menolaknya, kemudian melepaskannya. Basikal akan cepat terjatuh dengan cara yang sama ia terjatuh apabila ia tidak bergerak.’

Ruina menyamakan kesannya dengan pengimbangan penyapu di tangan seseorang. Apabila penyapu menegak mula condong ke kiri, pengimbang menggerakkan tangan mereka ke kiri juga, membawa bahagian bawah penyapu kembali ke bawah bahagian atasnya yang jatuh, dengan itu mendapatkan semula keseimbangan. Tetapi mengeluarkan penunggang daripada persamaan, mengapa ini berlaku dengan basikal?

‘Orang ramai secara semula jadi berfikir bahawa jika sesuatu berputar dengan pantas ia menjadi tegar disebabkan oleh kesan giroskopik, jadi apabila anda membeloknya, ia mahu membelok ke arah lain. Itu satu penjelasan biasa. Satu lagi ialah basikal berkelakuan seperti kastor di atas troli beli-belah.

Titik hubungan

Orang ramai menganggap titik sentuhan tanah sebenar roda hadapan adalah di hadapan paksi stereng kerana sudut kepala dan garpu garpu. Tetapi sebenarnya roda itu menyentuh lantai betul-betul di belakang paksi ini.’

Hasilnya ialah, seperti kastor yang boleh bergerak 360° mengelilingi paksi menegak (bayangkan set kepala anda ialah galas kastor dan hab anda ialah gandarnya), roda hadapan anda 'mengikuti' bar hendal anda. Jadi, seperti troli beli-belah, tolak basikal anda ke hadapan dan roda hadapan semestinya terselit dan mengekori di belakang arah perjalanan.

Walau bagaimanapun, pengiraan penyelidik menunjukkan bahawa kesan giroskopik atau kastor sebenarnya tidak bertanggungjawab terhadap kecenderungan basikal untuk mengemudi dan menstabilkan diri.

Untuk membuktikannya, Ruina dan pasukannya membina apa yang mereka panggil 'Two Mass Skate' (TMS). Nampak seperti skuter lipat, TMS mempunyai sifat yang sama seperti basikal – dua roda dan bahagian depan dan belakang jisim yang disambungkan oleh engsel (iaitu, set kepala) – tetapi ia dibuat sedemikian rupa sehingga ia tidak terdedah kepada kesan giroskopik atau kastor.

Untuk mencapai matlamat ini, dua roda kecil bersentuhan dengan tanah, masing-masing dengan roda yang menyentuh dan seterusnya berlawanan dengan jisim yang sama di bahagian atas, yang membatalkan sebarang kesan giroskopik dengan gerakan bertentangan (roda TMS berfungsi lebih seperti skate). Dan titik sentuhan roda hadapan terletak di hadapan paksi stereng, bukan di belakang seperti kastor.

Apabila ditolak dan dilepaskan, ‘basikal’ tanpa kastor dan tanpa jejak ini kekal tegak, malah membetulkan dirinya apabila diketuk dari sisi.

Oleh itu, ini membuktikan bahawa sesuatu yang lain, selain daripada kesan giroskopik atau kastor, mesti bertanggungjawab terhadap kecenderungan basikal untuk menstabilkan diri dengan mengemudi di bawahnya. Untuk menjelaskan perkara ini, para penyelidik berpendapat bahawa pengagihan jisim, terutamanya pada pemasangan stereng, adalah penting.

Berbalik kepada contoh penyapu, Ruina mencadangkan, 'TMS mempunyai jisim yang ke hadapan paksi stereng serta jisim dalam bingkai. Apabila bahagian hadapan basikal jatuh, ia jatuh lebih laju, sama seperti anda mengimbangi pensil di tangan anda, ia akan jatuh lebih cepat daripada penyapu.

Jadi jisim hadapan jatuh lebih cepat daripada jisim belakang, tetapi ia disambungkan antara satu sama lain dengan paksi stereng. Oleh itu, dalam percubaan untuk jatuh lebih laju bahagian hadapan menyebabkan stereng dan membawa basikal kembali ke bawah sendiri.’

Ruina menegaskan bahawa ini masih tidak menyelesaikan persoalan tentang kestabilan basikal, apatah lagi ia melibatkan basikal tanpa penunggang. Tetapi apa yang dilakukannya ialah melontarkan soalan baharu tentang cara kami kekal tegak di atas basikal, yang mungkin suatu hari nanti akan mengakibatkan perubahan reka bentuk asas.

Seperti yang dinyatakan oleh penyelidik: ‘Hasil ini membayangkan bahawa proses evolusi yang telah membawa kepada reka bentuk basikal semasa yang biasa mungkin belum lagi meneroka kawasan yang berpotensi berguna dalam ruang reka bentuk.’ Jadi begitu.

Disyorkan: