İlginç Bilim Neden bisiklete binmeyi başaramıyorsun? Bu soru bilim adamlarını iki yüz yıldır şaşırttı
Sadece bu da değil, insanlar düz zeminde bir bisikleti belli bir hıza kadar itip bıraktıklarında bisiklet belli bir süre kontrolsüz bir şekilde ilerler, ortada bir rahatsızlık olsa bile dengeye geri dönebilir.
Hollanda Darfurt Üniversitesi tarafından tasarlanan bir bisiklet modeli jiroskopik etkiye sahip değildir ve ön tekerlek uyanışı insansız koşullarda sorunsuz bir şekilde sürülebilir.
Geçtiğimiz 200 yıl içinde, bu gizemi çözmek için birçok fizikçi ve matematikçi, makul bir açıklama bulmak için yorulmadan bisiklet stabilitesi ilkelerini inceledi, yaklaşık yüz belge yayınladılar ve çeşitli olanaklar önerdiler.
Olasılık bir: jiroskop etkisi
Bir bisikletin ön tekerleği döndüğünde, merkezkaç kuvveti kendi dengesini korumaya yardımcı olacaktır, tıpkı bir topaç seğirdiğinde olduğu gibi, üst kısım, kendi ekseni etrafında dönme yönünde ataleti koruyacaktır.
1911'de Alman matematikçi Klein ve fizikçi Sommerfeld, cayro mekaniği üzerine yaptıkları çalışmalarda bisikletin dengesini açıklamak için cayro etkisini kullandılar. Jiroskop etkisi, dönen nesnenin üst ile aynı özelliklere sahip olmasıdır. Çin Bilimler Akademisi Mühendislik Bilimleri Fakültesi'nden Profesör Yu Yongliang, "Tıpkı Newton'un ilk yasasının (eylemsizlik yasası) doğrusal hareketin ataletini tanımlaması gibi, meslekten olmayanların terimleriyle, dönen bir nesnenin orijinal dönme durumunu koruyacak eylemsizliği vardır." Dedi.
Bir nesne döndüğünde, merkezkaç kuvveti kendi dengesini korumaya yardımcı olacaktır, tıpkı bir topaç seğirdiğinde olduğu gibi, üst kısım, kendi ekseni etrafındaki dönüş yönünün ataletini koruyacaktır.
Olasılık 2: Merkezkaç kuvveti etkisi
1948'de Amerikalı mekanikçiler Timoshenko ve Yang, "Advanced Dynamics" adlı kitaplarında merkezkaç kuvvetinin bisiklet stabilitesi üzerindeki etkisini açıkladılar. Bisiklet bir tarafa yatırıldığında bisikletçinin ön tekerleği aynı tarafa çevireceğine, ön tekerlek belirli bir açıyla döndüğü için bisikletin eğimli tarafın çevresi boyunca hareket edeceğine ve bu sırada merkezkaç kuvvetinin çevrenin dışında olacağına inanırlar. Bisikleti doğru.
Yu Yongliang, sıradan bisikletlerin kendi kendini stabilize etme özelliğine sahip olduğunu, genel anlamda stabilitenin hız ile ilgili olduğunu söyledi. Genel olarak, hız ne kadar büyükse, atalet o kadar büyük ve stabilite o kadar iyi olur, bu nedenle hız daha yüksek olduğunda, bisiklet sürme konusunda yetenekli bir kişi iki elini kullanmadan gidonu kontrol edebilir.
Olasılık üç: tekerlek etkisi
Nisan 1970'te İngiliz kimyager ve popüler bilim yazarı David Jones, Physics Today'de jiroskopik etkiyi sorgulayan bir makale yayınladı ve jiroskopik momenti ortadan kaldırmak için ön tekerleğe paralel bir ikincil tekerlek ekledi. Deneysel sonuçlar, modifiye edilmiş arabanın sürüş stabilitesinin normal bir bisikletinkinden farklı olmadığını doğrulayarak jiroskop etkisinin görüşünü geçersiz kılar. Kaster etkisi, ön tekerleğin destekleme kuvvetinin ön çatal şaftına bir tork oluşturmasını sağlayarak ön çatalın eğimli bir yönde dönmesini sağlayabilir, böylece merkezkaç kuvveti etkisinin dengeleyici etkisi otomatik olarak gerçekleşir.
Jones, ön çatal noktası ile bisikletin eğim açısı ve "sürüş geometrisi" adını verdiği ön tekerlek sapma açısı arasındaki ilişkiyi hesapladı. Yerli uzmanlar, "Bir bisiklet eğim açısında çalışırken, bisikletin ön tekerleği, 'ön tekerlek uyanmasından' dolayı otomatik olarak eğimli tarafa bir sapma açısı oluşturacaktır. Bu sapma açısı nedeniyle bisiklet eğilecektir. Dönmenin merkezkaç kuvveti ortalanacak. Bu nedenle, kimse belli bir hızda sürmese bile düz bir bisikletin hareketi sabittir. "
Olasılık 4: Birden çok efektin birleşik etkisi
Jiroskop etkisi, tekerlek etkisi ve bisikletin ön kısmının ağırlık merkezinin konumu dengede belirleyici bir rol oynamayacaktır, ancak üçü arasında ince bir etkileşim olabilir ve bisikletin dengesini etkileyebilir.
2011'de "Science", "Bir bisiklet, bir jiroskop veya tekerlek etkisi olmadan dengeyi koruyabilir" başlıklı bir makale yayınladı. Makalede, Hollanda'daki Darfurt Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bisikletin dengesini koruyan gyro etkisini ve tekerlekleri reddetti. etki.
Cayro veya tekerlek efektleri olmayan bir bisiklet tasarladılar. Bu araba, bir bisikletin gövdesini, ön çatallarını, ön ve arka tekerleklerini ve diğer temel unsurları içerir, ancak yapısı son derece basittir. Gövde ve ön çatal, konsantre kütleli düz çubuklar halinde sadeleştirilmiştir.Ön çatal mili dikeye yakın Ön ve arka tekerlekler küçüktür.Giroskopik etki, ters yönde dönen yardımcı tekerleklerle tamamen ortadan kaldırılır.Aynı zamanda ön tekerlek tahrik milinden daha fazla temas eder. Biraz gelişmiş, tekerlek etkisi neredeyse negatif.
Hollanda'daki Darfurt Üniversitesi'nin otoparkında ve basketbol salonunda araştırmacılar arabayı saatte 8 kilometre hızla itti ve tıpkı herhangi bir geleneksel bisiklet gibi uzun bir yol kendi başına sürdü. Kendini dengeleyebilir. Araştırmacı, kendi kendine sürüş sürecinde bisikleti hafifçe itti ve kısa süre sonra araba kendini düz bir yola ayarladı. Araştırmaya katılan Rena, "Kimse nedenini bilmiyor" dedi. Üniversitedeki bir başka bilim adamı olan Arnold Schwart, "Bu bisiklet, öz dengenin basit kelimelerle açıklanamayacağını kanıtlıyor."
Jiroskop ve tekerlek etkilerinin kritikliğini inkar etmenin yanı sıra, deneyleri ayrıca bisikletin ağırlık dağılımının denge üzerinde, özellikle bisikletin ön ağırlık merkezinin konumu üzerinde büyük bir etkiye sahip olabileceğini ve bu da bisikletin dengesini büyük ölçüde etkileyebileceğini göstermektedir.
Bilim adamları hala bisikletin stabilitesi için kesin bir açıklama bulamamış olsalar da, en azından biraz ilham aldılar: jiroskop etkisi, tekerlek etkisi ve bisikletin ön kısmının ağırlık merkezinin konumu. Üçünün bisikletin dengesini etkileyen ince bir etkileşimi var.
Öyleyse, iki tekerlekli ve bir çerçeveli bir bisikletin dengesini anlamak neden bu kadar zor? Bazı araştırmacılar, bisikletin neden düşmediğini anlamak için sadece mekaniğin değil beyin biliminin de dikkate alınması gerektiğine inanıyor. İnsanlar bisikleti sabit tutmak için çok karmaşık ama sezgisel yollar kullanabilir. Örneğin, çok düşük hızlarda gidonu döndürmenin çok az işe yaradığını kolayca anlayabiliriz. Bunun yerine, bisikleti kontrol etmek için diz hareketlerini kullanırız. Ama neden insanlar bunu yapıyor, kimse bilmiyor, belki bisikletlerin gizemi bizi rahatsız etmeye devam edecek.
Kaynak: Bu makale, WeChat genel hesabı Industrial Intelligence (ID: robotinfo) tarafından düzenlenmiş ve Science and Technology Daily'den yayınlanmıştır.
