Câte ceva despre … stabilitatea și direcția bicicletei. Auzi adesea expresia: „E simplu, ca mersul pe bicicletă!”. Oare așa să fie?!Mulți cred că stabilitatea bicicletei se datorează doar inerției în mișcare. Fizica demonstrează că lucrurile nu sunt așa de simple.Concepția (designul) bicicletei și distribuţia masei în sistemul de direcţie (roata din faţă, furca, ghidonul) contribuie major la stabilitatea bicicletei (în designul tradițional, dacă proiecția axei de direcție/a furcii cu solul este în fața punctului de contact al roții din față cu solul – „traseu pozitiv”, atunci bicicleta este mai stabilă în timpul mersului ; dacă proiecțiiile își schimbă poziția la sol, atunci bicicleta este mai puțin stabilă și mărește probabilitatea ca bicicleta să cadă chiar în mișcare fiind). Cu toate acestea, direcţia este esenţială pentru stabilitatea unei biciclete, încât, dacă prin orice mijloc sau din orice cauză, se blochează direcția, bicicleta devine imposibil de echilibrat în mișcare (vezi YouTube **). Evident, oricine a mers pe o bicicletă știe că, într-o curbă, trebuie să vireze mai întâi în direcţia opusă (contradirecție sau contravirare), înainte de a utiliza ghidonul pentru a roti roata din faţă în direcţia în care dorește să meargă, iar biciclistul și bicicleta trebuie să se încline în timpul virajului pentru a echilibra forţele relevante (gravitaţională, inerţială, de frecare și de sprijin pe sol). Inerția, sau tendința de a menține o mișcare constantă, face dificilă schimbarea bruscă a direcției fără pregătirea prealabilă oferită de contravirare ; deși un gest subtil, contravirarea are un rol fundamental în dinamica și controlul bicicletei, subliniind importanța înțelegerii acestor principii pentru o experiență de mers sigură și eficientă.Trebuie subliniat și faptul că frecarea dintre roţi și sol generează acceleraţia centripetă necesară pentru rotirea roților.Albert Einstein ar fi spus : „Viața e ca mersul pe bicicletă: pentru a-ți păstra echilibrul, trebuie doar să continui să te miști”.Ei bine, se pare că … nu e tocmai așa ! Doi fiziceni, J. Lowell și H.D. McKell, au publicat un studiu foarte interesant – „The Stability of Bicycles” 3) în „American Journal of Physics/1982″ – având ca subiect motivul pentru care un biciclist reușește să își păstreze echilibrul în mers. Conform studiului, bicicleta nu se comportă asemeni unui corp care se deplasează doar ca urmare a inerției sale, ci ca un adevărat giroscop datorită momentului cinetic generat de roată, care stabilizează întreaga bicicletă ; totodată, acest comportament giroscopic este cel care ajută la schimbarea direcției, și nu ghidonul. Cei doi fizicieni au demonstrat că mișcarea roții creează un moment cinetic care este supus forței centrifuge : acesta este adevăratul element ce oferă stabilitate bicicletei aflate în mers … nu inerția, nu viteza de deplasare sunt factorii critici pentru echilibru (vezi video pe YouTube: Most people Don’t Know How Bikes Work*; MIT Physics Demo – Bicycle Wheel Gyroscope **).O bicicletă care este ținută perpendicular pe sol va merge drept, și asta doar datorită forței centrifuge și nu inerției. Drept dovadă, dacă bicicleta se va înclina în oricare din părți, dar ghidonul rămâne drept și roțile în același plan, întreaga bicicletă va vira spre partea respectivă. Acest lucru se petrece din cauza schimbării axei înjurul căreia se învârt roțile și a cuplului de forțe care își schimbă direcția.Această comportare apare doar în situațiile în care viteza bicicletei este suficient de mare; în caz contrar, trebuie obligatoriu să se manevreze ghidonul pentru a lua virajul. Pe acest principiu se construiesc velodromurile, unde cicliștii ating viteze de peste 70 km/h, iar pista are o lungime de cca. 330 m, și virajele sunt construite înclinate la un unghi mare, adesea de peste 30 grd; prin urmare, cicliștii nu trebuie să miște de ghidon când se află pe viraj, ci îl pot menține drept.Există și opinii, demonstrate pe modele experimentale, conform cărora nu doar efectul giroscopic și „traseul pozitiv” sunt răspunzătoare de stabilitatea bicicletei, ci și distribuția maselor ansamblului 4). Astfel, s-a construit o bicicletă specială cu două roți mici, fiecare asortată cu un disc contrarotativ pentru a elimina efectul giroscopic, și cu un ușor „traseu negativ”. Când i se aplică o împingere suficient de bună (peste 5-7 mph), modelul continuă să se echilibreze, iar dacă este lovit într-o parte, modelul se îndreaptă înapoi (foarte interesant în acest sens este articolul 6)). Cauza este aceea că „centrul de masă al ansamblului de direcție față al modelului este mai jos decât cel al cadrului din spate și în fața axei de direcție”, au explicat cercetătorii.Concluzia = Aproape orice bicicletă auto-stabilă poate deveni instabilă prin reglarea greșită: fie doar a traseului, fie doar a giroscopului roții din față, fie doar a poziției centrului de masă a ansamblului.Cei pasionați de Fizică/Cinematică, pot afla detalii despre subiect (cu calcule și schițe) pe adresele de web 1) 2) 3) 4) 5) 6):1) www.real-world-phisics-problems.com/bicycle physics; 2) www.hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/bicycle weel; 3) www.scip.org; 4) www.ezramagazine.cornell.edu;5) http://home.iitk.ac.in/Pradipta_thesis.pdf – o teză de doctorat „Study on the Dynamics and Stability of Bicycles”, la Indian Institute of Science, 2007;6) http://ruina.tam.cornell.edu/bicycle handling.pdf – un articol „Bicycle Handling Experiments You Cam Do”, 1987.
Și acum…,Bike Calendar 2026 – Bike History: