Tehniline kursus eeldab head kurvisõiduoskust. Kuid füüsika järgi kui kaugele suudate oma ratta kallutada, enne kui tekile põrutate?
Teadlased on mõelnud jalgratta tasakaalu põhjuste üle juba vanadest pennipõlvkondadest. Paljud eksperdid soovitasid, et need pöörlevad rõngad paneksid jalgratta käituma nagu güroskoop, kuid see pole nii lihtne. Nottinghami ülikooli inseneride rühm tuvastas 25 erinevat muutujat, mis mõjutavad jalgratta liikumist, viidates sellele, et lihtne seletus ei tundu olevat võimalik, kuna kalle ja juhitavus on ühendatud efektide kombinatsiooniga, sealhulgas güroskoopiline pretsessioon, külgmised maapinna reaktsioonijõud. esirattal, maapinna kontaktpunkt roolitelje taga, gravitatsiooni- ja inertsiaalsed reaktsioonid…'
Teada on see, et seni, kuni jalgratas liigub kiirusega umbes 14 km/h (9 miili tunnis), võib see püsida püstises asendis ilma sõitja juuresolekuta. Kuid jällegi ei suuda teadlased selgitada, miks.
Sellel taustal on kurvi täiendav mõõde ja kurvides kallutatava nurga arvutamine enne asfaldile sõitmist selgelt keeruline tegevus. Õigetes tingimustes on võimalik näha 45° nurki, aga kuidas me selleni jõuame?
„Me teame, et rattale ja ratturile mõjub kolm tõelist jõudu,“ütleb Rhett Allain, innukas jalgrattur ja USA Kagu-Louisiana ülikooli füüsikadotsent.
'Seal on gravitatsioonijõud, mis surub jalgratast ja ratturit alla; seal liigub tee üles, mida me nimetame "tavaliseks" jõuks, ja hõõrdejõud surub jalgratast selle ringikujulise tee keskpunkti poole, milles see liigub.’
Võltsjõud
Seal on ka tsentrifugaaljõud."Sellel on mõju, kuid see on võlts jõud," ütleb Allain. Paljud füüsikud väidavad, et tsentrifugaaljõudu ei eksisteeri ja see on lihts alt tsentripetaaljõu – sissepoole tõmbejõu – puudumine, mis tagab, et jalgratas liigub ringis, mis sarnaneb gravitatsiooniga, mis tõmbab satelliiti sissepoole, et hoida seda orbiidil.
See arvutatakse võrrandiga F=mv2/r, kus F on tsentripetaaljõud (njuutonites), m on jalgratta ja sõitja mass (kg), v on kiirus (m/s) ja r on nurga raadius meetrites.
'Pööramise füüsika seisneb selles, et kiirendate radiaalselt sissepoole, mis on tingitud tsentripetaalsest jõust, ütleb Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi inseneriteaduse emeriitprofessor David Wilson.
‘Jõud peab tulema rehvidest. Jalgratas peab kalduma nii, et rehvi reaktsiooni ja radiaaljõu kombinatsioon oleks kooskõlas ratta ja ratturi jõuga.’
Samuti on oluline, kui kaugele te suudate kalduda, hõõrdetegur, mis on kahe keha vahelise hõõrdejõu ja neile – antud juhul rehvile ja asf altile – mõjuva jõu suhe.
Enamikul kuivadel materjalidel on hõõrdeväärtused vahemikus 0,3–0,6, samas kui asfaldiga kokkupuutuv kumm võib tekitada hõõrdeväärtuse vahemikus üks kuni kaks. Kui pinnad liiguvad üksteise suhtes – vastav alt jalgrattasõidule – väheneb see näitaja veidi.
Selleks, et jalgratas püsiks püsti, peab külgjõud (tsentraalne) võrduma hõõrdeteguriga ja see näitaja võib olla üllatav alt suur. Näiteks kogeb 70 kg kaaluv rattur 10 kg kaaluva jalgrattaga 20 m raadiusega kurvis 20 miili tunnis kiirusega 316 njuutonit.
Selle jõu peavad tekitama rehvid ja kui seda jõudu poleks, liiguksid jalgratas ja sõitja lihts alt sirgjooneliselt edasi.
Kasutades mõningaid muljetavaldavaid trigonomeetrilisi arvutusi, mis täidaksid terve raamatu, on hõõrdetegur võrdne maksimaalse kaldenurga puutuja funktsiooniga.
„Hõõrdeteguri ületamisel ratas libiseb,“ütleb Aberystwythi ülikooli sporditeaduse lektor Marco Arkesteijn. „See võib olla tingitud hõõrdejõu suurenemisest [näiteks joone pingutamise tõttu läbi nurga] või normaalse jõu vähenemise [näiteks tee süvendi tõttu].”
Hõõrdetegur võib muutuda ka pinna muutumise tõttu. Seetõttu võib valgel joonel kurvides sõitmine olla ohtlik. "See kehtib eriti märja ilmaga, " ütleb Arkesteijn. 'Värv on vähem poorne, nii et vesi ei haju.'
Sõitja kaal
Asja teeb veelgi keerulisemaks sõitja kaalu küsimus. "Füüsika seisukoh alt peaksid väiksemad poisid suutma rohkem toetuda," ütleb Arkesteijn. „Tavaliselt on nad ka väledamad, mis aitab.”
Allain ei ole päris nii kindel, mis viitab sellele, et kuigi sõitja kaal on natuke oluline, on olulisem ratturi ja jalgratta massikese.
„Lõppkokkuvõttes on see kõige olulisem tegur,”ütleb ta. Raskemad sõitjad kipuvad olema pikemad sõitjad, eriti pro pelotonis, mis tähendab, et nende raami suurus on suurem ja nende massikese on kõrgem. Samuti peate arvestama teeoludega. Kui olete piirangul, võib teemuhk põhjustada veojõu kaotuse ja kukkumise.
Ühendkuningriigi teed on mõnikord haarduvamad kui meie Mandri-Euroopa nõod, kuna need on poorsemad, et neelata vihma ja vältida libedat pinda. Sellepärast on meie teed karedamad. Kuid need on külmakahjustuste tõttu sageli konarlikumad ja halvemas seisukorras, mistõttu on rattasõit ja sõit Prantsusmaal kuiva ilmaga absoluutne rõõm.
Peale seda, milline on maksimaalne kaldenurk? Mehaanika- ja inseneriprofessor Jim Papadopoulose jaoks ei saa sellele vastata enne, kui lisate ühe viimase teguri – jälje.
See on kujuteldav joon, mis projitseeritakse mööda roolitoru maapinnale. Kui see punkt asub ratta maapinnaga kokkupuutepunkti ees, peetakse seda "positiivseks" ja see on stabiilsem. Taga ja ratas on tõenäolisem, et ümber läheb. Trail vähendab seda rohkem, mida rohkem toetute.
„Jalgratturid kipuvad jääma positiivse raja piirkonda ega ületa 45° kallet,” ütleb ta. Tavaliselt on see väiksem, kuigi kui pöörde raadius on suurem kui 5 m, võite jõuda 45°-ni. Seda seetõttu, et rada muutub vähem probleemiks – siis pöördume tagasi veojõu teema juurde.’
Nii et 45° on võimalik kiirel, laial ja hea pinnaga pöördel, kuid nii paljude muutujate puhul pole kahjuks kindlat vastust. Kui kaugele saate kalduda, on katse ja (loodetavasti mitte liiga valus) viga.
