Finora, la scienza non è in grado di fornire una risposta definitiva. Ma si sta avvicinando…
In sella a una bicicletta. È proprio come andare in bicicletta, giusto? Beh, non se sei il professore della Cornell University Andy Ruina.
Lui, insieme ai coautori Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman e Jaap Meijaard, ha scritto un articolo intitolato A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Castor Effects che suggerisce che le condizioni di stabilità precedentemente citate non lo fanno spiegano a sufficienza – e non sono nemmeno necessari per – il fenomeno della bici auto-stabile.
'È una cosa straordinaria che le persone possano stare su una bicicletta. Ma una delle cose più sorprendenti delle biciclette è che possono bilanciarsi da sole ', afferma Ruina.
Dando l'esempio della famosa scena del film Jour de Fête di Jacques Tati del 1949, in cui il postino pasticcione François insegue il suo destriero in fuga mentre si snoda senza cavaliere lungo una strada di campagna, Ruina e i suoi colleghi scienziati iniziano a esplorare la saggezza convenzionale che due condizioni necessarie per mantenere una bicicletta in posizione verticale erano o la coppia giroscopica delle ruote che girano o la scia delle ruote anteriori.
"Puoi tenere una bici in posizione verticale solo quando è in movimento", dice Ruina. 'Quello che è risaputo è che lo sterzo ti dà equilibrio. Possiamo mostrarlo se blocchiamo lo sterzo su una bici senza pilota, lo spingiamo e poi lo lasciamo andare. La bici cadrà rapidamente nello stesso modo in cui cade quando è ferma.'
Ruina paragona l'effetto al bilanciamento di una scopa sulla mano. Quando la scopa verticale inizia a inclinarsi a sinistra, il bilanciatore sposta anche la mano a sinistra, riportando il fondo della scopa sotto la sua sommità cadente, ritrovando così l'equilibrio. Ma togliendo il ciclista dall'equazione, perché questo succede con una bicicletta?
'La gente naturalmente pensa che se qualcosa gira velocemente diventa rigido a causa dell'effetto giroscopico, quindi quando lo giri, vuole girare dall' altra parte. Questa è una spiegazione comune. L' altro è che una bicicletta si comporta come una ruota su un carrello della spesa.
Punto di contatto
La gente presume che l'effettivo punto di contatto con il suolo della ruota anteriore sia davanti all'asse dello sterzo a causa dell'angolo di sterzo e dell'inclinazione della forcella. Ma in re altà la ruota tocca il pavimento proprio dietro questo asse.'
Il risultato è che, come una ruota che può muoversi di 360° attorno a un asse verticale (immagina che la tua serie sterzo sia il cuscinetto della ruota e il tuo mozzo sia il suo asse), la tua ruota anteriore "segue" il tuo manubrio. Quindi, come un carrello della spesa, spingi la bicicletta in avanti e la ruota anteriore si infila necessariamente e si sposta dietro la direzione di marcia.
Tuttavia, i calcoli dei ricercatori hanno mostrato che né l'effetto giroscopico né quello delle ruote sono effettivamente responsabili della propensione della bicicletta a sterzare e stabilizzarsi.
Per dimostrarlo, Ruina e il suo team hanno costruito quello che chiamano "Two Mass Skate" (TMS). Sembrando qualcosa di simile a uno scooter pieghevole, il TMS ha le stesse proprietà di una bicicletta – due ruote e una sezione anteriore e posteriore di massa collegate da una cerniera (cioè la serie sterzo) – ma è fatta in modo tale da non essere incline agli effetti giroscopici o di ricino.
Per ottenere questo, due piccole ruote toccano il suolo, ciascuna con una ruota toccante e quindi controrotante di uguale massa sulla parte superiore, che annulla qualsiasi effetto giroscopico con movimento opposto (le ruote del TMS funzionano più come i pattini). E il punto di contatto della ruota anteriore si trova davanti all'asse dello sterzo, non dietro come con una ruota.
Quando viene spinta e rilasciata, questa "bicicletta" senza ruote e senza sentieri rimane in posizione verticale, anche correggendosi quando viene urtata di lato.
Questo dimostra quindi che qualcos' altro, oltre agli effetti giroscopici o di incidenza, deve essere responsabile della tendenza della bici ad autostabilizzarsi sterzando sotto se stessa. Per spiegare questo, i ricercatori ipotizzano che la distribuzione della massa, in particolare sul gruppo sterzo, sia fondamentale.
Tornando all'esempio della scopa, Ruina suggerisce: 'Il TMS ha una massa che è davanti all'asse dello sterzo e una massa nel telaio. Quando la parte anteriore di una bicicletta cade, cade più velocemente, proprio come se tenessi in equilibrio una matita sulla mano, cadrà più velocemente di una scopa.
Quindi la massa anteriore cade più velocemente della massa posteriore, ma sono collegate tra loro dall'asse dello sterzo. Quindi, nel tentativo di cadere più velocemente, l'avantreno fa sterzare e riporta la bici sotto se stessa.'
Ruina sottolinea che questo non risolve ancora la questione della stabilità di una bicicletta, anche per quanto riguarda una bicicletta senza pilota. Ma quello che fa è sollevare nuove domande su come stare in piedi su una bicicletta, che un giorno potrebbero portare a modifiche fondamentali del design.
Come dicono i ricercatori: "Questi risultati suggeriscono che il processo evolutivo che ha portato alla progettazione di biciclette attuali comuni potrebbe non aver ancora esplorato regioni potenzialmente utili nello spazio di progettazione". Quindi ecco.
