Die wetenskap is nog nie in staat om 'n definitiewe antwoord te gee nie. Maar dit kom nader …
Ry 'n fiets. Dit is net soos om 'n fiets te ry, reg? Wel, nie as jy Cornell Universiteit professor Andy Ruina is nie.
Hy, saam met mede-outeurs Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman en Jaap Meijaard, het 'n referaat geskryf met die titel A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Castor Effects wat daarop dui dat voorheen aangehaalde toestande vir stabiliteit nie voldoende verduidelik – en is nie eers nodig vir – die verskynsel van die selfstabiele fiets.
‘Dit is 'n merkwaardige ding dat mense hoegenaamd op 'n fiets kan bly. Maar een van die wonderlikste dinge van fietse is dat hulle hulself kan balanseer,’ sê Ruina.
Om die voorbeeld te gee van die beroemde toneel in Jacques Tati se 1949-rolprent Jour de Fête, waar die bultende posman François sy weghol-ros jaag terwyl dit ruiterloos langs 'n landpad kronkel, het Ruina en sy mede-wetenskaplikes begin om die konvensionele wysheid te ondersoek wat twee noodsaaklike voorwaardes vir 'n fiets om regop te bly, was óf die gyroskopiese wringkrag van die wiele wat draai óf die wielspoor van die voorwiel.
‘Jy kan 'n fiets net regop hou wanneer dit beweeg,' sê Ruina. 'Wat welbekend is, is dat stuur jou balans gee. Ons kan dit wys as ons die stuur op 'n ruiterlose fiets sluit, dit saamstoot en dan los. Die fiets sal vinnig omval op dieselfde manier as wat dit omval wanneer dit stilstaan.’
Ruina vergelyk die effek met die balansering van 'n besem op 'n mens se hand. Soos die vertikale besem na links begin leun, beweeg die balanseerder ook hul hand na links, en bring die onderkant van die besem terug onder sy vallende bokant, om sodoende balans te herwin. Maar om die ruiter uit die vergelyking te haal, hoekom gebeur dit met 'n fiets?
‘Mense dink natuurlik dat as iets vinnig draai, dit styf word as gevolg van die gyroskopiese effek, so wanneer jy dit draai, wil dit anderpad draai. Dit is een algemene verduideliking. Die ander is dat 'n fiets hom soos 'n wiel op 'n winkeltrollie gedra.
Kontakpunt
Mense neem aan die werklike grondkontakpunt van die voorwiel is voor die stuur-as as gevolg van die kophoek en vurkhark. Maar eintlik raak die wiel die vloer net agter hierdie as.’
Die resultaat is dat, soos 'n wiel wat 360° om 'n vertikale as kan beweeg (verbeel jou headset is die wiel se peiling en jou hub is sy as), jou voorwiel jou handvatsels 'volg'. So soos 'n inkopietrollie, stoot jou fiets vorentoe en die voorwiel steek noodwendig in en loop agter die reisrigting aan.
Die navorsers se berekeninge het egter getoon dat nie die gyroskopiese of wiel-effek eintlik verantwoordelik is vir 'n fiets se geneigdheid om te stuur en self te stabiliseer nie.
Om dit te bewys, het Ruina en sy span gebou wat hulle die 'Two Mass Skate' (TMS) noem. Die TMS lyk soos 'n opvou-bromponie en het dieselfde eienskappe as 'n fiets – twee wiele en 'n voor- en agterste gedeelte van massa wat deur 'n skarnier (dws die headset) verbind is – maar dit is so gemaak dat dit nie geneig tot gyroskopiese of wieleffekte.
Om dit te bereik, kontak twee klein wiele met die grond, elk met 'n raak en dus kontra-roterende wiel van gelyke massa bo-op, wat enige gyroskopiese effek met opponerende beweging uitkanselleer (die TMS se wiele funksioneer meer soos skaatse). En die kontakpunt van die voorwiel lê voor die stuur-as, nie agter soos met 'n wiel nie.
Wanneer dit saamgestoot en losgelaat word, bly hierdie wiellose, spoorlose 'fiets' regop, selfs reg as dit van die kant af geklop word.
Dit bewys dus dat iets anders, behalwe gyroskopiese of wiel-effekte, verantwoordelik moet wees vir 'n fiets se neiging om self te stabiliseer deur onder homself te stuur. Om dit te verduidelik, beweer die navorsers dat die verspreiding van massa, veral op die stuurstelsel, die sleutel is.
Om terug te gaan na die besemvoorbeeld, stel Ruina voor: 'Die TMS het 'n massa wat vorentoe van die stuur-as is, sowel as 'n massa in die raam. Wanneer die voorkant van 'n fiets val, val dit vinniger, net asof jy 'n potlood op jou hand balanseer, sal dit vinniger as 'n besem val.
Die voorste massa val dus vinniger as die agterste massa, maar hulle is aan mekaar verbind deur die stuur-as. Dus in 'n poging om vinniger te val, veroorsaak die voorkant stuur en bring die fiets terug onder homself.’
Ruina wys daarop dat dit steeds nie die kwessie van 'n fiets se stabiliteit oplos nie, nie die minste nie omdat dit 'n ruiterlose fiets betref. Maar wat dit wel doen, is om nuwe vrae te laat ontstaan oor hoe ons regop op 'n fiets bly, wat eendag tot fundamentele ontwerpveranderings kan lei.
Soos die navorsers dit gestel het: ‘Hierdie resultate dui daarop dat die evolusionêre proses wat gelei het tot algemene huidige fietsontwerpe dalk nog nie potensieel nuttige streke in ontwerpruimte verken het nie.’ So daar.
