Se, hvor håbløst det er at styre cyklen uden tyngdekraft
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Se, hvor håbløst det er at styre cyklen uden tyngdekraft

Hvis tyndekraften forsvinder, bliver det umuligt at styre en cykel – også selvom man bliver holdt fast til underlaget gennem en anden kraft, for eksempel af magnetiske hjul. Det har ingeniører fra Cornell University i USA vist ved hjælp af et helt specielt køretøj, der ligner en mellemting mellem en tohjulet og en trehjulet cykel – eller en cykel med store støttehjul.

På denne såkaldte bricycle kan man opleve, hvordan det må føles at cykle i vægtløs tilstand. Effekten af tyngdekraften er nemlig annulleret af et fjedersystem, og så er cyklen ikke til at styre. Så længe man bare skal køre ligeud, går det fint nok, men så snart man vil dreje, går det galt.

En cyklist, der vil dreje til venstre, starter nemlig med at dreje kontra til højre, så cyklen begynder at falde mod venstre. Først derefter drejes styret en smule mod venstre. Rundt i svinget, hvor cyklen stadig hælder til venstre, ophæver tyngdekraften og centrifugalkraften hinanden, så cyklisten er i balance og ikke vælter.

Sådan ser en bricycle ud bagfra. Fjederen sørger for at annullere tyngdekraften. (Foto: Robert Barker/University Photography) Illustration: Robert Barker/University Photography

På en bricycle, hvor fjederkraften er den modsatte af tyngdekraften, og sidstnævnte derfor er sat ud af spillet, kan cyklisten ikke ændre retning på denne måde. I stedet har cyklisten intet andet valg end at fortsætte ligeud, for det er umuligt at styre og holde balancen samtidig.

Så selvom tyngdekraften kan føles som en modspiller, når man skal lære at cykle, og asfalten har en kedelig tendens til at komme farende op mod ansigtet, så skal man være glad for den i det lange løb. Uden tyngdekraften kunne man ikke styre cyklen.

Kan bruges til genoptræning

Rumstationer er endnu ikke så store, at det giver mening at cykle fra modul til modul, så der er ikke den store risiko for, at man havner i en vægtløs tilstand og behøver at bekymre sig om fysikken bag cykling. Men forskernes bricycle kan bruges i andre sammenhænge, for eksempel til at designe cykler, der kan bruges i genoptræningen af folk, der har problemer med balancen, fordi de har været ude for en ulykke.

Cyklens fjeder kan nemlig justeres, så man langsomt kan gå fra at køre på en cykel med faste støttehjul til at køre på noget, der minder om en almindelig cykel. På den måde kan man træne sin balance. Undervejs må man så bare finde sig i, at det er umuligt at dreje.

Erfaringerne fra bricyclen kan måske også bruges, når ingeniører skal designe smalle, aerodynamiske og miljøvenlige konceptbiler som Nissan Land Glider. Sådan nogle køretøjer skal nemlig også læne sig ind i svinget for at dreje, og så skal affjedringen være den helt rigtige.

Her forklarer en forsker fra Cornell University, hvordan en bricycle virker – og man kan se, hvor svær den er at styre:

Emner : Fysik
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

[qoute]..Køreture viser, at det er umuligt at dreje uden hjælp fra tyngdekraften.[/quote]

En svingning på to hjul er en kontrolleret "væltning", som startes med, at man drejer styret modsat den retning man vil dreje i, og så begynder man at vælte til den side, man vil dreje.

Når jeg som motorcyklist i mine unge dage på vej gennem en blød højresvingende vejkurve kom til at se på styret var jeg ved at vælte i grøften. Styret var drejet kraftigt mod VENSTRE, og begyndte jeg at tænke over det, var det ved at gå rivegalt, så jeg vænnede mig til IKKE at se på styret, når jeg drejede.

I Speedway er "drejekonceptet" dyrket til ekstremitet.

  • 0
  • 2

Da jeg arbejdede i NØ-Grønland, havde vi trehjulede motorcykler når vi kørte ud i terrænet, da skulle man glemme sin cykellærdom, og huske at læne sig modsat drejeretningen, ellers blev vægten lagt på det forkerte sæt hjul i trekanten, og man væltede, jeg havde ellers ledt efter zerofjederen!!

Vi øvede i lavlandet, da der ikke kom mennesker forbi oppe i fjeldet, hvert år, heller ikke Sirius ;o)

  • 1
  • 2

Nej, hvor det bringer minder frem fra min tidlige studietid på DTH. Det første tre-ugerskursus havde bl.a. en uge, hvor vi skulle regne på cyklers stabilitet under forskellige forhold. Så vidt jeg husker er der typisk to hastigheder hvor cyklens stabilitet skifter fra den ene til en anden dynamik - fuldstændig afhængig af cyklens geometri, hjulenes og cyklens vægt, placering af tyngdepunkt osv.

Og det udgør så en forskel i hvordan man styrer cyklen. En motorcykel opfører sig anderledes end en klassisk scooter, som opfører sig anderledes end min mormors cykel. De grundlæggende principper er de samme, men de indtræder ved virkeligt forskellige hastigheder på grund af de forskellige geometrier m.m. Nogen cykeltyper har slet ikke muligheden for at komme op over 'v2'

Specielt var det temmelig udfordrende at køre på en specialbygget cykel, DTH havde. Den kunne justeres på en lang række måder, f.eks. forgaflens geometri, så forhjulet kunne skydes frem og tilbage. Og den kunne monteres med et ekstra hjul - uden kontakt med underlaget - der drejede modsat de ‘rigtige’ hjul. Så blev de rigtige hjuls inertimoment ophævet, og cyklen blev VIRKELIG ustabil - specielt ved høje hastigheder, som skulle afprøves nede i de lange betonkældergange under DTH.

Nå, vi kom levende fra det, og lærte en del om mekanisk fysik.

PS: Mere underholdende blev det, da vi skulle regne på billardkuglers bevægelser ... det er en helt anden - men ligeså interessant historie. (Hint: glem alt om at indfaldsvinkel er lig udgangsvinkel - det er kun for amatører. Og ja, man kan sagtens støde til en bal så den triller rundt i en ganske kort bue ;-)

  • 3
  • 0

Der er jo ingenlunde tale om at ophæve tyngdekraften!

Uden tyngdekraften, ville hjulene slippe underlaget, så det er umuligt overhovedet at opnå centrifugalkraft.

Forestil jer at man sidder på en cykel i fart, og tyngdekraften pludselig ophæves. Dermed ophæves også friktionen mellem dæk og underlag, og den mindste ujævnhed vil få cyklen til at ændre retning OPAD, hvorefter man "svæver", mens hjulene fortsætter med at rotere.

Hvis man læner sig til venstre, vil cyklen blot krænge sig til højre, for at opveje denne bevægelse, og hjulenes impulsmoment vil få cykel/cyklist til at rotere til højre om den lodrette akse - men cyklens/cyklistens massecentrum vil bevæge sig ligeud, hvormed ingen centrifugalkraft opstår.

Hvis cyklisten i stedet for at læne sig til venstre, drejer styret/forhjulet til venstre, så vil resten af cyklen rotore en lille smule til højre om den lodrette akse, for at opveje forhjulets bevægelse.

Forhjulets impulsmoment vil så tvinge cyklen til at krænge til venstre, hvorefter begge hjuls impulsmoment vil få cyklen til at rotere til venstre, over den lodrette akse.

Cykel/cyklist foretager dermed den helt korrekte bevægelse, for at kunne følge en kurve og skifte retning til venstre, hvis den havde vejgreb, men da den ikke har det, vil den stadig fortsætte ligeud.

Cyklisten vil kunne bevare krængningen, uden at vælte, da der hverken er tyngdekraft, til at trække den nedad, eller centrifugalkraft, til at den udad.

Cyklisten vil med andre ord, langt hen ad "vejen", selv kunne regulere sin krængningsvinkel, blot ved at dreje på styret - men da der ikke er noget til at holde cykel/cyklist stabil over den tværgående akse, så vil cyklisten nok før eller siden miste kontrollen, og ende med at vende på hovedet ift udgangspositionen.

.
Modsat ovenstående scenarie, hvor der hverken er centrifugalkraft, tyngdekraft, vejgreb eller stabilitet over den tværgående akse, så er alle disse kræfter + en fjederkraft involveret i bricyklen, og cyklisten vil opfatte og reagere på dem alle.

Der er altså ingenlunde tale om at ophæve tyngdekraften, eller noget der vil opleves som sådan.

Man lægger blot en fjederkraft oveni centrifugalkraften, så den lodrette tyngdekraften ikke i sig selv er nok til at opveje den vandrette centrifugal+fjederkraft.

Dermed presser den samle centrifugal+fjederkraft cyklisten ud af det sædvanlige balancepunkt, og krænger dermed udad i svinget, indtil den når en vinkel hvor fjederkraften opvejer centrifugalkraften.

Det er ikke spor umuligt at styre en tre- eller firehjulet cykel, selvom hjulene og/eller cyklisten selv krænger udad - men som cyklist har man jo allerede tidligt i sin barndom optrænet en rutine, der gør at man følger hjulenes impulsmoment, og derfor reagerer ved at styre til samme side som krængningen.

Man kan desuden se på videoen, at cyklen har tendens til at vælte, hvis man forsøger at styre modsat krængningen, og derfor er nødt til at styre kontra, for ikke at vælte - hvad man jo altid vil reagere imod.

Men det skyldes jo bare at tyngdepunktet flyttes udover linjen mellem forhjulets og det yderste baghjuls støttepunkter.

Hvis sporviden mellem de yderste hjul lavet væsentligt, så vil den jo ikke have samme tendens vælte, og så er det jo bare at ignorere impulsmomentet og rutinen, og styre ind i svinget.

  • 5
  • 1

...mekanisk fysik kan vel anvendes i forskellige sammenhænge til bl.a. stabilisering af biler i forskellige situationer !?

Skibsfarten - f.eks. i Kielerkanalen kunne vist også godt bruge lidt automatisk undvigemekanik...

  • 0
  • 0

Cyklisten vil med andre ord, langt hen ad "vejen", selv kunne regulere sin krængningsvinkel, blot ved at dreje på styret - men da der ikke er noget til at holde cykel/cyklist stabil over den tværgående akse, så vil cyklisten nok før eller siden miste kontrollen, og ende med at vende på hovedet ift udgangspositionen.


(Skulle måske tilføje)

Cyklisten vil dermed opleve rotationen, men mangle tyngdekraftens effekt på balancenerven, til at fortælle ham at han vender på hovedet, selvom han kan se det der før var hans underlag, befinde sig over hans hoved.

Hans hjerne giver ham med andre ord et hav af modstridende informationer, man kan trænes i at ignorere korrekt, i et vægtløst miljø, men som vil få de fleste utrænede personer til at føle svimmelhed, hvis ikke ligefrem kvalme.

Dette vil man næppe opleve på en bricykel.

  • 0
  • 0

Nu kører jeg K30 scootermodel, men jeg styrer/drejer egentligt kun med mit styr ved lav fart (eller fra stop til svingning) eller når den skal flyttes manuelt.

Der har jeg netop undret mig over, hvor meget styret skal drejes ifht, hvis man er oppe i fart. Jeg tilskriver nu dette, at jeg styrer primært med vægten (en dårlig vane fra da jeg red regelmæssigt, heste skal også drejes med vægten, schenkel (benet) og en smule tøjlehjælp. Man kan faktisk vælte en hest, hvis man gør det rigtigt (cowboyfilm)- eller forkert (i den virkelige verden)).

Forresten er ridefysioterapi også godt til mennesker med balanceproblemer, der er endda indbygget muskeltræning af de muskler, man normalt ikke træner, eller som er svære at "få fat i" for en handikappet person.

Mvh
Tine- sorry for hestesnakken

  • 2
  • 0

@ Niels Vinding:
He he, ja jeg skulle selvfølgelig have skrevet 'fysisk mekanik' - det er vist den korrekte betegnelse. Men jeg 'endte' altså også som elektroingeniør med bedre forstand på elektrofysik end 'mekanisk fysik', selvom jeg mere end én gang har skiftet en motor i en gammel bil ;-)

@Tine Andersen:
Du har fuldstændig ret. En cykel skal styres på én måde ved lav hastighed eller stillestående (tænk cirkusakrobater) end ved en højere hastighed (tænk Tour de France). Skiftet er selvfølgelig ikke præcist ved xx km/h, og det er meget afhængigt af vægt/geometri/hjuldiametre osv. Altså meget forskelligt fra cykeltype til cykeltype.

Max Kjeldgaards eksempel med Speedway faldt desværre uden for mit tre-ugerskursus :-)

  • 0
  • 0

Indlægget minder mig om en gammel vits, som gik ud på, at civilingeniører var i stand til at teoretisere sig til viden, som de fleste allerede havde glemt. Hvorfor?
Jo, da jeg var 12 år, og cykler hverken havde gear, håndbremser eller anden overflødig luksus, var jeg faktisk ret skrap til at cykle "uden hænder", ja, jeg gik endda så vidt, at jeg afmonterede styret. Det gik ganske glimrende, dog lidt usikkert ved start og stop, men man kan sagtens cykle uden dreje på noget styr. Jeg er ret imponeret over Søren Lunds teoretiske funderinger, men jeg er sikker på, at havde jeg som 12 årig læst dem, havde jeg aldrig fået lært at cykle. Når jeg ser mine børnebørn fræse af sted, priser jeg mig lykkelig over naturmetoden og kunne ikke drømme om at ødelægge deres glæde over cyklingen ved at forelæse over Sørens teorier, men blot fortælle dem, at man regulerer krængnings-vinklen med kroppen, ikke ved at dreje på styret. Nå, det er de for øvrigt klar over, og de ved også, at det ikke gælder for tre-og firehjulede køretøjer

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten