Znanost še ne more dati dokončnega odgovora. Toda vse bližje je…
Vožnja s kolesom. To je tako kot vožnja s kolesom, kajne? No, ne, če ste profesor Andy Ruina z univerze Cornell.
Skupaj s soavtorji Jimom Papadopoulosom, Arendom Schwabom, Jodi Kooijman in Jaapom Meijaardom je napisal članek z naslovom Kolo je lahko samostabilno brez giroskopskih ali ricinusovih učinkov, ki nakazuje, da prej navedeni pogoji za stabilnost niso dovolj pojasnjujejo – in zanje niti niso potrebni – fenomen samostabilnega kolesa.
‘Neverjetno je, da lahko ljudje sploh ostanejo na kolesu. Toda ena najbolj osupljivih stvari pri kolesih je, da se lahko sama uravnotežijo, « pravi Ruina.
Če navedemo primer slavnega prizora v filmu Jacquesa Tatija Jour de Fête iz leta 1949, kjer nerodni poštar François lovi svojega pobeglega konja, ki brez jezdeca vijuga po podeželski cesti, so se Ruina in njegovi kolegi znanstveniki lotili raziskovanja običajne modrosti, da dva nujna pogoja, da kolo ostane pokonci, sta bila giroskopski navor koles, ki se vrtijo, ali sled kolesca prednjega kolesa.
'Kolo lahko držiš pokonci le, ko se premika,' pravi Ruina. »Znano je, da krmiljenje zagotavlja ravnotežje. To lahko pokažemo, če zaklenemo krmiljenje kolesa brez voznika, ga potisnemo skupaj in nato spustimo. Kolo se bo hitro prevrnilo na enak način, kot se prevrne, ko miruje.’
Ruina primerja učinek z ravnotežjem metle na roki. Ko se navpična metla začne nagibati v levo, ravnotežje premakne svojo roko tudi v levo, tako da spodnji del metle vrne pod njen padajoči vrh in tako ponovno vzpostavi ravnotežje. Če pa iz enačbe izvzamemo kolesarja, zakaj se to zgodi pri kolesu?
‘Ljudje seveda mislijo, da če se nekaj vrti hitro, postane togo zaradi giroskopskega učinka, tako da, ko ga obrnete, se želi obrniti v drugo smer. To je ena pogosta razlaga. Druga pa je, da se kolo obnaša kot kolešček na nakupovalnem vozičku.
Kontaktna točka
Ljudje domnevajo, da je dejanska kontaktna točka prednjega kolesa s tlemi pred krmilno osjo zaradi kota glave in nagiba vilic. Toda dejansko se kolo dotika tal tik za to osjo.’
Rezultat je, da kot kolesce, ki se lahko premika za 360° okoli navpične osi (predstavljajte si, da je vaša slušalka ležaj kolesca in vaše pesto njegova os), vaše sprednje kolo 'sledi' vašemu krmilu. Tako kot nakupovalni voziček potisnite svoje kolo naprej in prednje kolo se bo nujno zataknilo in zaostalo za smerjo vožnje.
Vendar pa so izračuni raziskovalcev pokazali, da niti giroskopski učinek niti učinek kolesca nista dejansko odgovorna za nagnjenost kolesa k krmiljenju in samostabilizaciji.
Da bi to dokazali, sta Ruina in njegova ekipa izdelala tako imenovani 'Two Mass Skate' (TMS). TMS, ki je podoben zložljivemu skuterju, ima enake lastnosti kot kolo – dve kolesi ter sprednji in zadnji del mase, ki sta povezana s tečajem (tj. slušalke) – vendar je narejen tako, da ni nagnjeni k giroskopskim ali ricinastim učinkom.
Da bi to dosegli, se dve majhni kolesi dotakneta tal, vsako z dotikajočim se in zato nasprotno vrtečim kolesom enake mase na vrhu, ki izniči kakršen koli giroskopski učinek z nasprotnim gibanjem (kolesa TMS delujejo bolj kot drsalke). Stična točka prednjega kolesa je pred krmilno osjo, ne zadaj kot pri kolescu.
Ko ga potisnete vzdolž in sprostite, ostane to "kolo" brez kolesc in sledi pokonci in se celo popravi, ko ga udarite s strani.
To torej dokazuje, da mora biti nekaj drugega, razen giroskopskih ali koleščkov, odgovorno za nagnjenost kolesa k samostabilizaciji s krmiljenjem pod samim seboj. Da bi to pojasnili, raziskovalci trdijo, da je porazdelitev mase, zlasti na krmilnem sklopu, ključna.
Če se vrnemo k primeru z metlo, Ruina predlaga: 'TMS ima maso, ki je pred krmilno osjo, in maso v okvirju. Ko prednji del kolesa pade, pade hitreje, tako kot če na roki uravnotežite svinčnik, bo padel hitreje kot metla.
Torej sprednja masa pada hitreje kot zadnja masa, vendar sta med seboj povezani s krmilno osjo. Tako v poskusu hitrejšega padca sprednji del povzroči krmiljenje in vrne kolo nazaj pod sebe.’
Ruina poudarja, da to še vedno ne reši vprašanja stabilnosti kolesa, ne nazadnje gre za kolo brez voznika. Toda odpira nova vprašanja o tem, kako ostanemo pokonci na kolesu, kar lahko nekega dne povzroči temeljne spremembe dizajna.
Kot pravijo raziskovalci: 'Ti rezultati namigujejo, da evolucijski proces, ki je privedel do običajnih sedanjih dizajnov koles, morda še ni raziskal potencialno uporabnih območij v oblikovalskem prostoru.' Torej.
