'n Tegniese kursus vereis goeie draaivaardighede. Maar, volgens fisika, presies hoe ver kan jy jou fiets kantel voordat jy die dek tref?
Wetenskaplikes het raaisel gemaak oor wat 'n fiets laat balanseer sedert die dae van jou ou penny farthing. Baie kenners het voorgestel dat die draaiende hoepels die fiets soos 'n giroskoop laat optree, maar dit is nie so eenvoudig nie. 'n Groep ingenieurs van die Nottingham Universiteit het 25 afsonderlike veranderlikes geïdentifiseer wat 'n fiets se beweging beïnvloed, met verwysing na: ''n Eenvoudige verduideliking blyk nie moontlik te wees nie, want die leun en stuur word gekoppel deur 'n kombinasie van effekte, insluitend gyroskopiese presessie, laterale grondreaksiekragte by die voorwiel, grondkontakpunt wat agter die stuur-as loop, swaartekrag en traagheidsreaksies…'
Wat wel bekend is, is dat solank 'n fiets teen 'n spoed van ongeveer 14 km/h (9mph) beweeg, dit regop kan bly sonder die teenwoordigheid van 'n ruiter. Maar weereens, wetenskaplikes kan nie verduidelik hoekom nie.
Teen daardie agtergrond, gooi die bykomende dimensie van 'n draai in en bereken die hoek wat jy kan leun terwyl jy draai voordat jy die teer tref, is duidelik 'n komplekse saak. In die regte toestande is dit moontlik om hoeke van 45° te sien, maar hoe kom ons by daardie punt?
‘Ons weet daar is drie werklike kragte wat op die fiets en ruiter inwerk,’ sê Rhett Allain, kranige fietsryer en medeprofessor in fisika aan die Suidoostelike Louisiana Universiteit in die VSA.
‘Daar is die gravitasiekrag wat die fiets en ruiter afstoot; daar is die pad wat opstoot, wat ons "normale" krag noem, en daar is 'n wrywingskrag wat die fiets stoot na die middel van die sirkelpaadjie waarin dit beweeg.’
Die vals krag
Daar is ook sentrifugale krag."Dit het wel 'n impak, maar dit is 'n vals krag," sê Allain. Baie fisici argumenteer dat sentrifugale krag nie bestaan nie en bloot 'n gebrek aan sentripetale krag is – 'n inwaartse trekkrag wat verseker dat die fiets in 'n sirkel beweeg soortgelyk aan swaartekrag wat inwaarts op 'n satelliet trek om dit in 'n wentelbaan te hou.
Dit word bereken deur die vergelyking F=mv2/r, waar F die sentripetale krag is (Newton), m is massa van fiets en ruiter (kg), v is snelheid (m/s) en r is die radius van die hoek in meter.
‘Die fisika van om 'n draai te ry, is dat jy dit doen deur radiaal na binne te versnel, wat tot die middelpuntkrag is, ' sê David Wilson, emeritus professor in ingenieurswese by Massachusetts Institute of Technology.
‘Die krag moet van die bande af kom. Die fiets moet so leun dat die kombinasie van die reaksie van die band en die radiale krag in lyn is met die gevolglike krag van die fiets plus ryer.’
Die wrywingskoëffisiënt is ook die sleutel tot hoe ver jy kan leun, wat die verhouding is van die wrywingskrag tussen twee liggame en die krag wat daarop toegepas word – in hierdie geval die band en teerpad.
Die meeste droë materiale het wrywingwaardes tussen 0,3 en 0,6, terwyl rubber wat met teer in kontak is, 'n syfer van tussen een en twee kan produseer. Wanneer die oppervlaktes relatief tot mekaar beweeg – soos per fietsry – neem hierdie syfer effens af.
Vir die fiets om regop te bly, moet die sykrag (sentripetaal) gelyk wees aan die wrywingskoëffisiënt, en hierdie syfer kan verbasend groot wees. Byvoorbeeld, 'n 70 kg-ryer op 'n 10 kg-fiets wat teen 20 mph om 'n kurwe met 'n radius van 20 m jaag, ervaar 'n sentripetale krag van 316 Newton.
Hierdie krag moet deur die bande opgewek word, en as die krag nie bestaan het nie, sou die fiets en ruiter eenvoudig in 'n reguit lyn aanhou.
Deur 'n paar indrukwekkende trigonometriese berekeninge te gebruik wat 'n hele boek sal vul, is die wrywingskoëffisiënt gelyk aan die raaklynfunksie van die maksimum leunhoek.
‘Die wiel sal gly wanneer die wrywingskoëffisiënt oorskry word,’ sê Marco Arkesteijn, dosent in sportwetenskap aan die Aberystwyth Universiteit. 'Dit kan wees as gevolg van wrywingskrag wat toeneem [as gevolg van die stywer van die lyn deur 'n hoek byvoorbeeld] of normale krag wat afneem [as gevolg van, sê, 'n depressie in die pad].'
Die wrywingskoëffisiënt kan ook verander as gevolg van 'n verandering in oppervlak. Dit is hoekom draai op 'n wit lyn gevaarlik kan wees. "Dit is veral waar in die nat," sê Arkesteijn. ‘Verf is minder poreus sodat die water nie versprei nie.’
Ruitergewig
Om sake verder te kompliseer, is die kwessie van ruitergewig. "Fisika-gewys behoort kleiner ouens meer te kan leun," sê Arkesteijn. 'Hulle is ook gewoonlik meer rats, wat help.'
Allain is nie heeltemal so definitief nie, wat daarop dui dat hoewel die ruiter se gewig 'n 'bietjie' saak maak, die ruiter-plus-fiets se massamiddelpunt van groter belang is.
'Uiteindelik is dit die belangrikste faktor,' sê hy. Swaarder ruiters is geneig om langer ruiters te wees, veral in die pro-peloton, wat beteken dat hul raamgroottes groter is en hul massamiddelpunt hoër is. Jy moet ook padtoestande in ag neem. As jy by die limiet is, kan 'n stamp in die pad tot 'n verlies aan vastrap en 'n val lei.
VK-paaie is soms meer aangrypend as dié van ons vasteland-Europese neefs omdat hulle meer poreus is om reën te absorbeer en 'n gladde oppervlak te voorkom. Daarom is ons paaie growwer. Maar hulle is dikwels stamperiger en in 'n slegter toestand as gevolg van rypskade, daarom is dit 'n absolute vreugde om fiets te ry en in Frankryk te ry wanneer dit droog is.
Na dit alles, wat is die maksimum leunhoek? Vir meganiese en ingenieurswese professor Jim Papadopoulos, dit kan nie beantwoord word voordat jy een laaste faktor ingegooi het nie – spoor.
Dit is 'n denkbeeldige lyn wat deur die stuurbuis na die grond geprojekteer word. As hierdie punt voor die wielkontakpunt met die grond is, word dit as 'positief' beskou en is dit meer stabiel. Agter en die fiets is meer geneig om te kantel. Roete verminder hoe meer jy leun.
‘Fietsryers is geneig om in die positiewe roete-streek te bly en moenie 45° van maer oorskry nie,’ sê hy. 'Dit is gewoonlik minder, maar wanneer die draai groter as 5m radius is, kan jy 45° bereik. Dis omdat roete minder 'n kwessie word – dan keer ons terug na die kwessie van traksie.’
Dus 45° is moontlik op 'n vinnige, wye draai met 'n goeie oppervlak, maar met soveel veranderlikes wat speel, is daar ongelukkig geen definitiewe antwoord nie. Hoe ver jy kan leun, is 'n geval van beproewing en (hopelik nie te pynlik nie) fout.
