Porque é que a bicicleta não cai quando anda de bicicleta – as principais razões

No final do século XIX, quando as bicicletas entraram em uso, era necessário obter uma licença para as mesmas. Foi reunida uma comissão de renome para ensinar a teoria e a prática da condução, e para emitir as matrículas. Ninguém foi autorizado a entregar o veículo. O motivo de precaução foi explicado pelo risco acrescido de conduzir um veículo de duas rodas. Uma pessoa comum não consegue compreender porque é que uma bicicleta não cai quando se desloca. Surpreendentemente, mesmo os físicos que estudam o funcionamento dos sistemas de rodas não podem responder a esta simples pergunta sem ambiguidade.

A análise teórica e as experiências físicas mostraram que o impulso giroscópico e as viagens com garfo positivo não são suficientes para a estabilidade da bicicleta. Para além da direcção controlada, existe também a direcção automática. Além disso, a distribuição da carga desempenha um papel fundamental na manutenção do equilíbrio. Como se pode ver, com a vida bastante longa da bicicleta, novas qualidades ainda estão a ser descobertas e refinadas.

Porque é que uma bicicleta não cai quando anda

Para explicar a tarefa fácil, é frequentemente utilizada uma metáfora: “é tão elementar como andar de bicicleta”. De facto, é preciso evitar que os meios de transporte caiam. No início pensava-se que a bicicleta andava às custas do cavaleiro. Uma pessoa sente a inclinação da estrutura, vira ligeiramente o guiador na direcção da queda e nivela o passeio. Mas a alta velocidade, a bicicleta ganha estabilidade e não cai, mesmo quando o guiador é solto. Mais tarde, houve hipóteses sobre a acção giroscópica da roda dianteira e da direcção. Mas verificou-se que as bicicletas não guiadas e os ciclistas robóticos também não caem.

A principal questão sobre a causa da estabilidade é: o que causa a relação adequada entre a inclinação e a rotação? Há uma visão geralmente aceite: o efeito ocorre como consequência do torque rotacional (giroscópico) e do alcance positivo da forquilha. A acção estabilizadora da roda dianteira e a força centrífuga causada pela deflexão do movimento de uma pista recta são factores necessários no equilíbrio da bicicleta.

De um ponto de vista físico

Os cientistas identificaram o padrão que mantém as duas rodas estáveis. O garfo dianteiro toma o centro do palco. O arranjo envolve inclinar o eixo do guiador em relação ao solo. O ponto de intersecção está em frente da linha de contacto da roda da bicicleta com a estrada. Se o ângulo do timão se desviar do valor fixado, é gerada uma força de reacção que coloca o transportador de novo em posição. É desta forma que a própria bicicleta ajuda a manter o equilíbrio.

Para fazer uma curva, o cavaleiro deve mudar o centro de gravidade. Por exemplo, quando a bicicleta é inclinada para a direita, o eixo dianteiro também é inclinado para a direita e a roda, rodando no sentido dos ponteiros do relógio (quando vista de baixo), transfere parcialmente o binário reactivo para a unidade de direcção. A força centrífuga tende a rodar o volante para a direita. Para fazer a curva, o ciclista inclina-se para a esquerda, desviando a bicicleta e as rodas para a direita.

O segundo factor utilizado para a estabilidade do veículo é o ganho de velocidade ao abrandar e dirigir. A acção estabilizadora devolve as rodas à posição correcta e evita que a bicicleta caia. Um ciclista experiente utiliza as suas mãos nos pontos de montagem para conduzir 2-3 mm para a estrada.

Efeito giroscópico

A teoria do equilíbrio baseia-se num fenómeno físico bem conhecido utilizado no espaço, na aviação e na navegação marítima. A propriedade de um objecto rotativo para manter a sua direcção de movimento é chamada força giroscópica. A acção é vista quando se anda de bicicleta enquanto esta está inclinada. Enquanto as rodas estiverem a girar, o veículo mantém o seu equilíbrio e nunca cai. Por exemplo, um yuletide ou helicóptero de criança só “funciona” quando está a girar. Para testar a hipótese, os físicos criaram um desenho especial de bicicleta. Uma roda extra foi instalada na frente, que não tocou no chão e rodou na direcção oposta. O resultado da experiência surpreendeu os cientistas. A bicicleta moveu-se na perfeição e não caiu sem um giroscópio.

Assim, tendo confirmado os principais factores que influenciam a estabilidade de um veículo de duas rodas em movimento, os cientistas ainda estão a discutir novas versões.

Factos interessantes

V.A. Yakubovich

1. A teoria matemática que explica a estabilidade de uma bicicleta em movimento foi apresentada pelo Doutor em Ciências V.A. Yakubovich. O cientista explicou porque é que nunca foi criado um robô autónomo a controlar uma bicicleta. A informação sobre ciclistas mecânicos que circulam na Internet revelou-se uma falsificação. Um olhar mais atento sobre o cibernéticoista revelou uma série de truques. Os inventores fixaram pesos para aumentar a estabilidade da estrutura, baixaram o centro de gravidade, e aceleraram a motocicleta a alta velocidade.

Os opositores do cientista provam o contrário. O robô aprende muito rapidamente. Isto deve-se à relativa simplicidade das suas tarefas: só tem de aprender a manter o equilíbrio. Tem uma capacidade que os humanos não têm: reage instantaneamente e “torce” a roda 5 vezes por segundo.

2. Uma bicicleta sem condutor pode dirigir-se automaticamente para não cair”, afirmam os cientistas norte-americanos. Graças aos cálculos de estabilidade linearizados, os investigadores conceberam uma bicicleta com rodas extra girando na direcção oposta e uma posição negativa do guiador.
3. A opinião difere das hipóteses dos físicos. As fontes de energia da bicicleta estão na cabeça do ciclista. O cérebro humano trabalha arduamente para nos impedir de cair. É a mente subconsciente que mantém o equilíbrio do ciclista.

Conclusão

As provas apoiam a importância do giroscópio e da rícino para manter a bicicleta estável enquanto se anda de bicicleta. Mas não há uma explicação clara para o facto de uma bicicleta não cair quando se monta. Pode haver uma força adicional, cujo entendimento está temporariamente para além do conhecimento actual.