האופניים עדיין תעלומה מדעית: הנה הסיבה

מדוע אופניים נשארים זקופים תוך כדי תנועה, אפילו ללא רוכב? סיינט אמריקאי מסביר את החיפוש הארוך אחר התשובה.

האופניים עדיין תעלומה מדעית: הנה הסיבה

אופניים יציבים באופן מפתיע לרכב זקוף ודו-גלגלי שצריך להישען לקיר כשהוא לא זז. אבל אולי הפתעה גדולה יותר היא שאין הסכמה לגבי הסיבה שהאופניים יציבים כפי שהם. בעיצוב כל כך פשוט, שכמעט כל אחד יכול להבין, זה נראה מטורף. אחרי הכל, אנו חיים בעולם של מכוניות בנהיגה עצמית ומטוסי נוסעים בטוחים. אין ספק שהאופנוע עדיין לא יכול להחזיק פיזיקה או מסתורין הנדסיים?



לב הפאזל הוא דבר שכולנו הבחנו בו. אם אתה דוחף אופניים ללא רוכב, הוא מאזן את עצמו, מתגאה באופן אוטומטי לתיקון כל התנודדות, עד שהוא מאט ולבסוף נופל על צדו.

יש שתי תיאוריות באשר לאופן בו האופנוע שומר את עצמו זקוף. האחת היא התיאוריה הג'ירוסקופית, שבה הגלגל המסתובב מספק מספיק יציבות כדי לעצור את נפילת האופניים. אתה יכול לנסות את זה בעצמך אם יש לך אופניים בהישג יד. הסר גלגל (החלק הקדמי קל יותר וכנראה נקי יותר) - והחזק את הציר - תן לו סיבוב. כעת, נסה לסובב את הגלגל על ​​ידי הזזת הציר. תראה שזה מתנגד לך. עכשיו, כשהגלגל עדיין מסתובב, חטט אצבע מתחת לצד אחד של הציר ההוא ושחרר את הצד השני. באורח פלא, הוא נשאר שם, כאילו מישהו בלתי נראה מחזיק את הצד השני כלפי מעלה.



מאיקו אמורים באמצעות Unsplash



כפי שהאפקט הזה בולט, הוא אינו מתייחס ליכולת האיזון העצמי של האופניים. על ידי הרכבת גלגל שני המסתובב בניגוד לראשון, ניתן לבטל את האפקט הג'ירוסקופי. כבר בשנת 1970, סופר המדע דיוויד ג'ונס עשה בדיוק את זה. לאופנוע אחד שבנה ג'ונס היה גלגל מסתובב נגד בקצהו הקדמי, אומר סיינט אמריקאי , שיבטל למעשה את האפקט הג'ירוסקופי. אבל לא הייתה לו בעיה לרכוב עליו ללא ידיים.

ג'ונס הציע תיאוריה חלופית, שהייתה ההסבר המרכזי השני ליכולת האיזון העצמי של האופניים. תיאוריית הגלגלים רואה בגלגל האופניים כמו הגלגל על ​​עגלת קניות. על עגלת קניות, הגלגלת נוגעת ברצפה מאחורי ציר ההיגוי. במקרה זה, ציר ההיגוי הוא הציר המחבר אותו לשאר העגלה. זה, כידוע, מאפשר לגלגול ליישר את עצמו באופן אוטומטי לכיוון הנסיעה.

על אופניים, ציר ההיגוי עובר במורד המזלג. אם אתה מדמיין קו הממשיך בקצה המזלג המשופע, הוא למעשה פוגע בקרקע לפני המקום בו הצמיג נוגע בקרקע. כלומר, ציר ההיגוי נמצא לפני נקודת המגע, ממש כמו על עגלת קניות. המרחק בין שתי הנקודות הללו נקרא השביל. ג'ונס, אומר סיינט אמריקאי , מצא כי שביל ארוך הופך את האופניים ליציבים יותר, ואילו שביל קצר מקשה על הרכיבה.



משתמש בפליקר טייוואן פטינגר

ג'ונס היה כל כך מרוצה מהגילוי שלו, עד שעדיין הוא התעצבן על כך כעבור 40 שנה. בספר זיכרונותיו כתב: כיום אני מברך כאבא של תורת האופניים המודרנית.

הבעיה היא שהוא טעה. בעוד שביל גלגלים אכן קובע כמה קל לרכוב על אופניים, והאפקט הג'ירוסקופי אכן עוזר ליציבות, אך אף אחד מהם אינו אחראי לאפקט האיזון העצמי של האופניים. המהנדס ג'ים פאפאדופולוס, הנושא של סיינט אמריקאי התכונה של , הוכיח שאפשר לרכוב על אופניים עם שביל שלילי משמעותי, כל עוד יש לו משקל בולט החוצה. משקל זה יכול, בתיאוריה, להגיע ממטען על מתלה קדמי.



אז איך האופניים נשארים בכוחות עצמם? זו עדיין תעלומה, אם כי כזו שאולי תיפתר סוף סוף הודות למרכז מחקר חדש בהולנד (היכן עוד?), המעסיק כיום את פאפאדופולוס. במעבדה שלהם, חוקרים בונים כל מיני עיצובי אופניים מטורפים כדי לחקור כיצד פיזיקה ורכיבה על אופניים מתקיימים. המטרה היא להבין טוב יותר כיצד החלקים הפשוטים של האופניים של ימינו עובדים יחד, ולשפר את היכולת לרדת, או לגלות דרכים חדשות לעשות דברים. מי יודע? אולי מסגרת היום בצורת יהלום בכל מקום, עם גלגלים בגודל שווה, היא לא הדרך הטובה ביותר לבנות אופניים אחרי הכל.

יש לך מה להגיד על המאמר הזה? אתה יכול לשלוח לנו דוא'ל וליידע אותנו. אם זה מעניין ומתחשב, אנו עשויים לפרסם את תגובתך.