Boulder City, Nevada

Mai us heu preguntat com pot ser que no caiguem de la bici quan està rodant? Només té dos punts de contacte amb el terra, la qual cosa fa que, quan està parada, sigui estable en l’eix longitudinal (la línia imaginària que uneix les rodes al llarg de la bici) però inestable en l’eix transversal (el que uneix els dos costats). Així que, per poc inclinada que estigui la bici, aquesta caurà i és virtualment impossible deixar la bici sola i que no caigui.

Això, però, no concorda amb el que experimentem mentre ens hi estem movent: si anem amb la velocitat suficient ens podem arribar a inclinar molt sense caure. Al parar tot torna a la “normalitat” i si ens intentem inclinar sense suportar-nos amb el peu/pota de cabra/rodetes la inclinació serà total ja que caurem al terra. Per si hi ha algú que no m’acaba de creure (actitud molt científica) li recomano que ho experimenti sobre terreny tou.

Així doncs, hi ha algun fenomen físic que provoca això. I aquest és l’efecte giroscopi com a conseqüència del moment angular.

En aquest vídeo s’explica visualment amb una roda:

Simplificadament, per a que una roda comenci a girar s’hi ha de donar una quantitat d’energia, que depèn de la velocitat a la que la fem girar i del diàmetre i la massa (pes) de la roda. En realitat no depèn directament del diàmetre sinó del moment d’inèrcia, que té en compte la distància a la que es troba la massa de l’eix de rotació, però en una roda de bici no és una mala aproximació suposar que tota la massa es troba al seu exterior, ja que els radis són lleugers en comparació.

Un cop la roda està girant tendeix a mantenir el seu eix de rotació degut a l’efecte giroscopi. És a dir, fa “força” per contrarestar accions externes que la desestabilitzin, tals com el pes de la bici i ciclista quan la bici està tombada. La “força” màxima que pot fer depèn, com haureu pogut imaginar, del moment angular que tingui la roda, i aquest és zero quan la velocitat de la bici també és zero. Com a curiositat, les baldufes també es basen en aquest fenomen per girar sense caure.

Fins aquí la explicació típica, la que normalment es dóna per vàlida.

Encara que, efectivament, l’efecte giroscopi aporta estabilitat a una bici, no és gaire rellevant en comparació amb les forces centrífugues que apareixen fruit del moviment del manillar. Fins i tot quan no actuem sobre el manillar, quan la bici s’inclina fa que el manillar giri, provocant un radi de gir de la bici més petit com més inclinada estigui la bici (gir més tancat), augmentant la força centrífuga del conjunt. Aquesta força centrífuga tendeix a equilibrar la bici, mantenint-la inclinada. Així que el més important és que la direcció (forquilles, manillar…) es pugui moure, en cas contrari seria pràcticament impossible no caure de la bici, encara que l’efecte giroscopi estaria del nostre costat.

Una altra conseqüència curiosa de l’exposat en aquest article és que una bici pot rodar sense ningú damunt com per art de màgia:

Això sí, quan la bici fantasma perdi suficient velocitat es desequilibrarà i caurà. Ni tan sols les bicis fantasma escapen de lleis de la física.

 

Tornant al moment angular, aquest també explica per què al ciclisme de competició (i és extrapolable a qualsevol competició o aplicació de requisits elevats on hi hagi rodes pel mig) prefereixen restar uns grams a les rodes que la mateixa quantitat al quadre si només poden escollir un lloc, ja que fa que la bici acceleri i freni més ràpidament perquè les rodes no només s’han d’accelerar linealment (cap endavant, la mateixa acceleració que tota la resta de la bici i ciclista) sinó també angularment (girant). La diferència és molt petita, i pels qui utilitzem la bici per moure’ns tranquil·lament no ens val la pena pagar més per unes rodes més lleugeres, el que s’obté a canvi és insignificant a baixes velocitats.

Nota: s’ha simplificat l’explicació per fer l’article el més entenedor possible. L’explicació no és estrictament correcta.

(Visited 108 times, 1 visits today)