Một khóa học kỹ thuật đòi hỏi kỹ năng vào cua tốt. Tuy nhiên, theo vật lý học, bạn có thể đạp xe bao xa trước khi chạm sàn?
Các nhà khoa học đã phân vân không biết điều gì tạo nên sự cân bằng cho xe đạp kể từ ngày các bạn già đi xì hơi. Nhiều chuyên gia cho rằng những vòng quay đó làm cho xe đạp hoạt động giống như một con quay hồi chuyển, nhưng nó không đơn giản như vậy. Một nhóm kỹ sư từ Đại học Nottingham đã xác định được 25 biến số riêng biệt ảnh hưởng đến chuyển động của xe đạp, trích dẫn rằng, 'Một lời giải thích đơn giản dường như không thể thực hiện được bởi vì phần tựa và phần lái được kết hợp bởi sự kết hợp của các hiệu ứng, bao gồm tuế sai con quay hồi chuyển, phản lực mặt đất bên ở bánh trước, điểm tiếp xúc mặt đất theo sau trục lái, trọng lực và phản ứng quán tính… '
Điều được biết là miễn là một chiếc xe đạp đang di chuyển với tốc độ khoảng 14kmh (9mph), nó có thể vẫn thẳng đứng mà không cần sự hiện diện của người lái. Nhưng một lần nữa, các nhà khoa học không thể giải thích tại sao.
Trong bối cảnh đó, ném thêm chiều của khúc cua và tính toán góc mà bạn có thể nghiêng người khi vào cua trước khi chạm đường băng rõ ràng là một công việc phức tạp. Trong điều kiện thích hợp, có thể nhìn thấy các góc 45 °, nhưng làm cách nào để đạt được điểm đó?
‘Chúng tôi biết có ba lực thực sự tác động lên người đi xe đạp và người lái xe,’ Rhett Allain, vận động viên đua xe đạp giỏi và là phó giáo sư vật lý tại Đại học Đông Nam Louisiana, Hoa Kỳ cho biết.
‘Có lực hấp dẫn đẩy người đi xe đạp và người đi xe đạp xuống; có đường đẩy lên, mà chúng ta gọi là lực “bình thường” và có lực ma sát đẩy xe đạp về phía trung tâm của đường tròn mà nó đang chuyển động.’
Lực giả
Ngoài ra còn có lực ly tâm. Allain nói: “Điều này có tác động nhưng đó là lực giả. Nhiều nhà vật lý cho rằng lực ly tâm không tồn tại và chỉ đơn giản là thiếu lực hướng tâm - một lực kéo hướng vào trong đảm bảo chiếc xe đạp chuyển động theo một vòng tròn tương tự như lực hấp dẫn kéo vào trong của vệ tinh để giữ nó trên quỹ đạo.
Nó được tính bằng phương trình F=mv2/ r, trong đó F là lực hướng tâm (Newton), m là khối lượng của xe đạp và người đi xe (kg), v là vận tốc (m / s) và r là bán kính của góc tính bằng mét.
‘Vật lý của việc quay đầu xe là bạn thực hiện nó bằng cách gia tốc hướng tâm vào trong, giảm xuống thành lực hướng tâm,” David Wilson, giáo sư danh dự về kỹ thuật tại Viện Công nghệ Massachusetts cho biết.
‘Lực phải đến từ lốp xe. Xe đạp phải nghiêng để sự kết hợp của phản lực từ lốp và lực hướng tâm phù hợp với lực tạo ra của xe đạp cộng với người lái. '
Ngoài ra, chìa khóa để bạn có thể nghiêng người bao xa là hệ số ma sát, là tỷ số giữa lực ma sát giữa hai vật thể và lực tác dụng lên chúng - trong trường hợp này là lốp và đường băng.
Hầu hết các vật liệu khô có giá trị ma sát từ 0,3 đến 0,6, trong khi cao su tiếp xúc với đường băng có thể tạo ra một con số từ một đến hai. Khi các bề mặt chuyển động tương đối với nhau - theo chu kỳ đạp xe - con số này giảm một chút.
Để xe đạp đứng thẳng, lực bên (hướng tâm) phải bằng hệ số ma sát, và con số này có thể lớn đáng kinh ngạc. Ví dụ: một người lái 70kg trên chiếc xe đạp nặng 10kg đang tăng tốc 20mph quanh một đường cong có bán kính 20m thì chịu một lực hướng tâm là 316 Newton.
Lực này phải được tạo ra bởi lốp xe và nếu lực này không tồn tại, người đi xe đạp và người lái sẽ đơn giản đi trên một đường thẳng.
Sử dụng một số phép tính lượng giác ấn tượng có thể lấp đầy cả một cuốn sách, hệ số ma sát bằng hàm tiếp tuyến của góc nghiêng lớn nhất.
Marco Arkesteijn, giảng viên khoa học thể thao tại Đại học Aberystwyth, nói:‘Bánh xe sẽ trượt khi vượt quá hệ số ma sát. ‘Điều này có thể do lực ma sát tăng [do đường dây bị thắt chặt qua một góc chẳng hạn] hoặc lực thông thường giảm [do đường lõm xuống].’
Hệ số ma sát cũng có thể thay đổi do sự thay đổi bề mặt. Đó là lý do tại sao việc dồn vào đường trắng có thể gặp nguy hiểm. Arkesteijn nói: “Điều này đặc biệt đúng trong điều kiện ẩm ướt. 'Sơn ít xốp hơn để nước không phân tán.'
Trọng lượng người lái
Vấn đề phức tạp hơn nữa là vấn đề cân nặng của người lái. Arkesteijn nói: “Thông thái về vật lý, những người nhỏ con sẽ có thể gầy nhiều hơn. ‘Chúng cũng thường nhanh nhẹn hơn, điều này giúp ích cho bạn.’
Allain không hoàn toàn rõ ràng, cho thấy rằng mặc dù trọng lượng của người lái xe hơi quan trọng một chút, nhưng điều quan trọng hơn là trọng tâm khối lượng của người lái cộng với xe đạp.
‘Cuối cùng, đó là yếu tố quan trọng nhất,” anh ấy nói. Những tay đua nặng hơn có xu hướng là những tay đua cao hơn, đặc biệt là trong những người lái chuyên nghiệp, có nghĩa là kích thước khung của họ lớn hơn và trọng tâm của họ cao hơn. Bạn cũng cần tính đến điều kiện đường xá. Nếu bạn đang ở giới hạn cho phép, một đoạn đường gập ghềnh có thể dẫn đến mất độ bám đường và ngã.
Đường củaở Vương quốc Anh đôi khi đẹp hơn so với đường của các anh em họ ở lục địa Châu Âu của chúng ta vì chúng xốp hơn để thấm nước mưa và ngăn bề mặt trơn trượt. Đó là lý do tại sao đường của chúng ta thô hơn. Nhưng chúng thường gập ghềnh hơn và trong tình trạng tồi tệ hơn do sương giá hư hại, do đó, tại sao đạp xe và lái xe ở Pháp là một niềm vui tuyệt đối khi trời khô ráo.
Sau tất cả, góc nghiêng tối đa là bao nhiêu? Đối với giáo sư cơ khí và kỹ thuật Jim Papadopoulos, điều đó không thể trả lời được cho đến khi bạn đưa ra một yếu tố cuối cùng - đường mòn.
Đây là một đường tưởng tượng chiếu xuống ống dẫn hướng xuống đất. Nếu điểm này nằm trước điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đất thì điểm đó được coi là 'dương' và ổn định hơn. Phía sau và xe đạp có nhiều khả năng bị lật. Đường mòn càng giảm bạn càng gầy.
‘Người đi xe đạp có xu hướng ở trong khu vực đường mòn thuận lợi và không nghiêng quá 45 °”, anh ấy nói. ‘Thường thì ít hơn, mặc dù khi chỗ rẽ lớn hơn bán kính 5m, bạn có thể đạt tới 45 °. Đó là bởi vì đường mòn trở nên ít vấn đề hơn - sau đó chúng ta quay lại vấn đề lực kéo.’
Vì vậy, 45 ° có thể xảy ra ở một ngã rẽ nhanh, rộng, bề mặt tốt, nhưng với quá nhiều biến số đang diễn ra, thật không may, không có câu trả lời chính xác. Bạn có thể dựa bao xa là một trường hợp thử nghiệm và (hy vọng không quá đau đớn).
