Το υβριδικό ποδήλατο-τρίκυκλο εξουδετερώνει τη βαρύτητα
Ανάμεσα στο ποδήλατο και το τρίκυκλο βρίσκεται ένα αγεφύρωτο χάσμα. Φαίνονται σαν δύο διαφορετικές γεύσεις του ίδιου πράγματος, αλλά οδηγούν με εντελώς διαφορετικούς τρόπους. Τόσο πολύ που όταν ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Cornell προσπάθησαν να υβριδοποιήσουν τα δύο σε μια νέα μελέτη, απέκτησαν ένα εντελώς ανεξέλεγκτο τετράτροχο θηρίο ενός ποδηλάτου - και μια δραματική απόδειξη ότι η βαρύτητα είναι απαραίτητη για το τιμόνι.
Για να καταλάβετε πώς στρίβει ένα ποδήλατο, φανταστείτε ένα κουτί που κάθεται στο πάτωμα ενός λεωφορείου που κινείται ευθεία. Όταν το λεωφορείο στρίβει ξαφνικά προς τα αριστερά, το κουτί συνεχίζει να κινείται ευθεία. Αλλά στους επιβάτες του λεωφορείου, φαίνεται ότι το κουτί γλιστρά προς τα δεξιά. Αυτό το φαινόμενο το ονομάζουμε φυγόκεντρη δύναμη. Σε αντίθεση με τα κιβώτια, οι επιβάτες λεωφορείων δεν γλιστρούν ούτε πέφτουν ακόμη και στους πιο ανέμους δρόμους. Αντίθετα, γέρνουν προς τα αριστερά καθώς το λεωφορείο στρίβει αριστερά, μετατοπίζοντας το κέντρο μάζας τους για να χρησιμοποιήσουν τη βαρύτητα για να αντιμετωπίσουν τη φυγόκεντρη δύναμη που τους ωθεί προς τα δεξιά. Χρησιμοποιούμε την ίδια αρχή για να κατευθύνουμε ένα ποδήλατο - ο αναβάτης στρέφει τον τροχό προς τα αριστερά και ταυτόχρονα γέρνει προς τα αριστερά, εξισορροπώντας τις δυνάμεις του ποδηλάτου για να παραμείνει όρθιος. Τα τρίκυκλα, από την άλλη, δεν δίνουν άκρη για να στρίψουν. Παραμένουν όρθια ενώ ο μπροστινός τροχός στρίβει αριστερά και ο δεξιός πίσω τροχός ασκεί περισσότερη δύναμη στο έδαφος.
«Σκέφτηκα ότι θα ήταν ωραίο αν μπορούσαμε απλώς να γυρίσουμε ένα πόμολο και να μετακινηθούμε από ένα ποδήλατο σε ένα τρίκυκλο», λέει ο μηχανικός Andy Ruina του Πανεπιστημίου Cornell. Ο Ruina επισημαίνει ότι σε ένα ποδήλατο, η βαρύτητα συχνά γίνεται αντιληπτή ως ο εχθρός, η δύναμη που σε κάνει να πέσεις. Αλλά είναι επίσης αυτό που δημιουργεί τις δυνάμεις που επιτρέπουν στα ποδήλατα να στρίβουν χωρίς να πέφτουν. Είναι απαραίτητο και για τρίκυκλα. χρειάζονται βαρύτητα για να ασκήσουν δύναμη στο έδαφος με τους πίσω τροχούς τους.
Ο Τζιμ Παπαδόπουλος, μηχανικός και εμπειρογνώμονας ποδηλάτων στο Πανεπιστήμιο Northeastern της Βοστώνης, είχε προειδοποιήσει τους ερευνητές του Cornell ότι το υβριδικό όχημά τους θα ήταν εντελώς ανεφάρμοστο. Ούτως ή άλλως δεν εξεπλάγη όταν το έχτισαν. "Όταν δεν το έχεις δει με τα μάτια σου, όταν δεν το έχεις κάνει στην πραγματικότητα… υπάρχει κίνδυνος να έχεις ένα μεγάλο χτύπημα" στη σκέψη σου, λέει.
Ο Ρούινα ήξερε ότι ο Παπαδόπουλος είχε δίκιο, αλλά έχει διεξαγάγει πολλά πειράματα όλα αυτά τα χρόνια στα οποία «ο αθλητής είναι πιο έξυπνος από τον φυσικό επιστήμονα», όπου ένας άνθρωπος έκανε κάτι που μια υπόθεση έλεγε ότι ήταν αδύνατο. Αυτό τον ανάγκασε να βρει τα ελαττώματα στη σκέψη του - και μερικές φορές οδηγούσε σε ανακαλύψεις. Ομοίως, ήθελε να δει εάν η διχοτόμηση ποδήλατο/τρικ ήταν πραγματικά αληθινή στην πράξη:Ένα όχημα τέλεια ισορροπημένο μεταξύ τρίκυκλου και ποδηλάτου θα αναιρούσε την επίδραση της βαρύτητας εμποδίζοντάς το να ασκήσει δύναμη με τους πίσω τροχούς του σαν τρίκυκλο και επιτρέποντας ο αναβάτης να γέρνει το ποδήλατο σε οποιαδήποτε γωνία χωρίς να μετατοπίζει το κέντρο μάζας του.
Το "bricycle" του Ruina, όπως το αποκαλεί, είναι ένα ποδήλατο εξοπλισμένο με δύο τροχούς προπόνησης που συνδέονται μέσω ενός ελατηρίου. Όταν το ελατήριο είναι δύσκαμπτο, το μπριτζάκι γυρίζει σαν τρίκα. Όταν το ελατήριο είναι χαλαρό, το μπριτζάκι γυρίζει σαν ποδήλατο. Αλλά σε ένα ορισμένο σημείο, όταν το ελατήριο είναι αρκετά δύσκαμπτο, οι τροχοί εκπαίδευσης και ο πίσω τροχός αντισταθμίζουν τη δύναμη της βαρύτητας ο ένας στον άλλο. (Δείτε το βίντεο εδώ.) Σε αυτή την ακαμψία, η μοτοσυκλέτα γίνεται ακατευθυνόμενη και πέφτει αν ο αναβάτης προσπαθήσει να στρίψει, ανέφερε σήμερα η Ruina στη συνάντηση της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής στο Ντένβερ.
Το μπριτζάκι δεν προοριζόταν ποτέ να είναι πρακτικό. Αλλά οι σχεδιαστές του ελπίζουν ότι θα ρίξει λίγο φως στη σχεδίαση μιας νέας τάσης στα αυτοκίνητα, που ονομάζονται οχήματα στενής τροχιάς, των οποίων τα ίχνη βρίσκονται κάπου ανάμεσα σε οχήματα δύο τροχών όπως αυτοκίνητα και οχήματα μονής τροχιάς όπως οι μοτοσυκλέτες. Τα οχήματα με δύο τροχιές στρίβουν όπως τα τρίκυκλα, ασκώντας δύναμη στους εξωτερικούς τροχούς, ενώ οι μοτοσυκλέτες στρίβουν γέρνοντας με τον ίδιο τρόπο όπως τα ποδήλατα. Τα οχήματα στενής τροχιάς, όπως οι τρίτροχες μοτοσικλέτες, θα είχαν ιδανικά τη σταθερότητα των τρίκυκλων σε κατάσταση ηρεμίας, αλλά θα μπορούσαν να γέρνουν σαν ποδήλατο όταν στρίβουν. Η κλίση τα κάνει διασκεδαστικά στην οδήγηση και προσθέτει στην ελκυστικότητα αυτών των μικρότερων, πιο ευέλικτων και αποδοτικών μηχανών.
Είναι θεωρητικά δυνατό να κατασκευαστεί μια ανάρτηση τροχού που θα μπορούσε να προσαρμόζει συνεχώς την ακαμψία της για να δημιουργήσει το τέλειο όχημα στενής τροχιάς. Όμως, όπως δείχνει η τεχνοτροπία του Ruina, θα υπήρχε μια επικίνδυνη ενδιάμεση ακαμψία όπου η βαρύτητα ήταν μετατοπισμένη και το όχημα θα μπορούσε να ανατραπεί σε οποιαδήποτε γωνία χωρίς να πέσει - εκτός εάν ο οδηγός προσπαθούσε να στρίψει. Τόσο η Ruina όσο και ο Παπαδόπουλος πιστεύουν ότι η επίδειξη μολυβιών θα βοηθήσει τους σχεδιαστές οχημάτων στενής τροχιάς να αποφύγουν να χάνουν χρόνο δουλεύοντας σε μια «ουδέτερη ισορροπία» για τις μηχανές τους. Αυτή η συγκεκριμένη ισορροπία θα μπορούσε να ονομαστεί το σημείο του bricycle, κάτι που πρέπει να αποφευχθεί για να βγουν στους δρόμους οχήματα στενής τροχιάς.
