Tehnični tečaj zahteva dobro znanje v ovinkih. Toda glede na fiziko, kako daleč lahko nagnete svoje kolo, preden zadenete na krov?
Znanstveniki so se ugankali, kaj je sestavni del kolesarske tehtnice, že od časov starih fartingov. Številni strokovnjaki so menili, da se zaradi vrtečih obročev kolo obnaša kot žiroskop, vendar ni tako preprosto. Skupina inženirjev z Univerze Nottingham je identificirala 25 ločenih spremenljivk, ki vplivajo na gibanje kolesa, in navedla, da preprosta razlaga ni mogoča, ker sta nagib in krmiljenje povezana s kombinacijo učinkov, vključno z giroskopsko precesijo, bočnimi silami odziva na tla na sprednjem kolesu, kontaktna točka s tlemi, ki se vleče za krmilno osjo, gravitacijske in vztrajnostne reakcije…'
Znano je, da dokler se kolo premika s hitrostjo približno 14 kmh (9 mph), lahko ostane pokončno brez prisotnosti kolesarja. Toda spet znanstveniki ne znajo pojasniti, zakaj.
Glede na to ozadje dodajte dodatno dimenzijo ovinka in izračun kota, ki ga lahko nagnete med ovinkom, preden zadenete na asf alt, je očitno zapletena zadeva. V pravih pogojih je mogoče videti kote 45°, toda kako pridemo do te točke?
»Vemo, da na kolo in kolesarja delujejo tri resnične sile,« pravi Rhett Allain, navdušen kolesar in izredni profesor fizike na univerzi Southeastern Louisiana v ZDA.
‘Gravitacijska sila potiska kolo in kolesarja navzdol; obstaja cesta, ki potiska navzgor, kar imenujemo "normalna" sila, in obstaja sila trenja, ki potiska kolo proti središču krožne poti, po kateri se premika.'
Lažna sila
Obstaja tudi centrifugalna sila."To sicer vpliva, vendar je lažna sila," pravi Allain. Številni fiziki trdijo, da centrifugalna sila ne obstaja in da gre preprosto za pomanjkanje centripetalne sile – sile vlečenja navznoter, ki zagotavlja, da se kolo premika v krogu, podobno kot gravitacija, ki vleče satelit navznoter, da ga obdrži v orbiti.
Izračuna se z enačbo F=mv2/r, kjer je F centripetalna sila (Newtoni), m masa kolesa in kolesarja (kg), v je hitrost (m/s) in r je polmer vogala v metrih.
'Fizika vožnje v zavoju je, da to storite s pospeševanjem radialno navznoter, kar je posledica centripetalne sile,' pravi David Wilson, zaslužni profesor inženiringa na Massachusetts Institute of Technology.
‘Sila mora prihajati iz pnevmatik. Kolo se mora nagniti tako, da je kombinacija reakcije pnevmatike in radialne sile v skladu s posledično silo kolesa in kolesarja.’
Ključen do tega, kako daleč se lahko nagnete, je tudi koeficient trenja, ki je razmerje med silo trenja med dvema telesoma in silo, ki deluje nanju – v tem primeru pnevmatiko in asf alt.
Večina suhih materialov ima vrednosti trenja med 0,3 in 0,6, medtem ko lahko guma v stiku z asf altom proizvede vrednost med ena in dve. Ko se površine premikajo relativno druga glede na drugo – kot pri kolesarjenju – se ta številka nekoliko zmanjša.
Da bi kolo ostalo pokonci, mora biti bočna sila (centripetalna) enaka koeficientu trenja in ta številka je lahko presenetljivo velika. Na primer, 70-kilogramski kolesar na 10-kilogramskem kolesu, ki pospešuje s 20 km/h okoli ovinka s polmerom 20 m, doživi centripetalno silo 316 newtonov.
To silo morajo ustvariti pnevmatike in če sile ne bi bilo, bi kolo in kolesar preprosto nadaljevala v ravni črti.
Z uporabo nekaj impresivnih trigonometričnih izračunov, ki bi napolnili celo knjigo, je koeficient trenja enak tangentni funkciji največjega nagibnega kota.
'Kolo bo zdrsnilo, ko bo koeficient trenja presežen,' pravi Marco Arkesteijn, predavatelj športnih znanosti na univerzi Aberystwyth. "To je lahko posledica povečanja sile trenja [na primer zaradi zategovanja vrvi skozi vogal] ali običajnega zmanjšanja sile [zaradi, recimo, vdolbine na cestišču]."
Koeficient trenja se lahko spremeni tudi zaradi spremembe površine. Zato je zavijanje na beli črti lahko nevarno. "To še posebej velja v mokrem," pravi Arkesteijn. 'Barva je manj porozna, zato se voda ne razprši.'
Teža voznika
Zadeve še dodatno zapletajo težave s težo kolesarja. "Glede fizike bi se morali manjši fantje bolj nagibati," pravi Arkesteijn. "Običajno so tudi bolj okretni, kar pomaga."
Allain ni tako določen, saj nakazuje, da medtem ko je teža kolesarja 'malo' pomembna, je bolj pomembno središče mase kolesarja in kolesa.
'Navsezadnje je to najpomembnejši dejavnik,' pravi. Težji kolesarji so ponavadi višji kolesarji, zlasti v pro pelotonu, kar pomeni, da so njihove velikosti okvirja večje in njihovo središče mase je višje. Upoštevati morate tudi razmere na cesti. Če ste na meji, lahko grbina na cesti povzroči izgubo oprijema in padec.
Ceste v Združenem kraljestvu so včasih bolj oprijemljive kot ceste naših sorodnikov v celinski Evropi, ker so bolj porozne, da absorbirajo dež in preprečijo spolzko površino. Zato so naše ceste bolj grobe. Vendar so pogosto bolj neravni in v slabšem stanju zaradi poškodb zaradi zmrzali, zato je kolesarjenje in vožnja v Franciji pravo veselje, ko je suho.
Po vsem tem, kakšen je največji nagibni kot? Za profesorja strojništva in inženiringa Jima Papadopoulosa na to ni mogoče odgovoriti, dokler ne vključite še enega zadnjega dejavnika – sledi.
To je namišljena črta, ki je projicirana po krmilni cevi do tal. Če je ta točka pred točko stika kolesa s tlemi, se šteje za "pozitivno" in je bolj stabilna. Zadaj in kolo je bolj verjetno, da se bo prevrnilo. Bolj ko se nagibate, se sled zmanjšuje.
'Kolesarji ponavadi ostanejo v območju pozitivne poti in ne presežejo 45° naklona,' pravi. Običajno je manj, čeprav je zavoj večji od 5 metrov, lahko dosežete 45°. To je zato, ker pot postane manjša težava – potem se vrnemo k vprašanju oprijema.’
Torej je 45° možnih na hitrem, širokem zavoju z dobro podlago, a glede na toliko spremenljivk žal ni dokončnega odgovora. Kako daleč se lahko nagnete, je primer poskusa in (upajmo, da ne preveč boleče) napake.
