Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvernig getum við náð jafnvægi á hjóli með engum hjálpardekkjum?

Í svari við spurningunni Af hverju er auðveldara að halda jafnvægi á hjóli þegar maður er á ferð? er fjallað um hvernig hjólreiðamaður heldur hjóli uppréttu. Það er þó ekki aðeins vegna viðbragða hjólreiðamannsins sem að hjólið helst upprétt, ef hjól er hannað rétt getur það sjálft leitast við að halda jafnvægi, jafnvel án hjólreiðamanns.

Hönnun reiðhjóls getur haft mikil áhrif á stöðugleika þess. Þar skiptir miklu máli hvernig framhjólið er tengt stýrinu. Myndin hér til hliðar sýnir skilgreiningu stærðar sem við ætlum að kalla sporlengd en heitir á ensku trail. Sporlengdin er fjarlægðin frá punktinum þar sem hjólið snertir jörðina að punktinum þar sem stýrisásinn vísar á jörðina. Reiðhjól hefur jákvæða sporlengd ef stýrisásinn vísar fram fyrir snertipunkt hjólsins. Ef sporlengdin snýr öfugt, stýriásinn vísar aftur fyrir snertipunktinn, er hún neikvæð.

Almennileg reiðhjól hafa jákvæða sporlengd. Á þess konar reiðhjóli beygir framhjólið sjálfkrafa í sömu átt og hjólið hallar. Þannig lækkar massamiðja hjólsins og þar með stöðuorkan. Þetta geta lesendur sannreynt með því að halda í hnakkinn á reiðhjóli og halla því í aðra áttina. Þessi hegðun hjólsins ýtir einmitt undir stöðugleika þess því eins og þeir vita sem kunna að hjóla, og rætt var í ofangreindu svari, þá þarf einmitt að beygja í þá átt sem hjólið hallar til að halda jafnvægi.

Í lok sjöunda áratugar síðustu aldar smíðaði efnafræðingurinn David E.H. Jones nokkur reiðhjól sem hann kallaði "unridable bikes" og mætti kalla á íslensku óhjól. Hann reyndi að búa til reiðhjól sem ómögulegt væri að hjóla á. Markmiðið var að komast að því hvað það væri sem gæti gert okkur ómögulegt að hjóla og þar með hvaða lögmál skiptu máli við hjólreiðar. Hann komst að því að sporlengd reiðhjóls skiptir miklu máli. Reiðhjól sem hann smíðaði með óvenjulega stóra sporlengd var mjög stöðugt og gat runnið áfram eitt og sér töluverða vegalengd áður en það féll til jarðar.

Jones tókst reyndar ekki að smíða hjól sem væri alveg ómögulegt að hjóla á. Eitt hjólanna komst þó nálægt því að vera óhjól en það hafði neikvæða sporlengd, það er að segja að stýrisásinn vísaði aftur fyrir snertipunkt framhjólsins við jörð. Gríðarlega erfitt var að halda jafnvægi á því og það féll samstundis til jarðar ef því var ýtt af stað án hjólreiðamanns.

Við hönnun reiðhjóla þarf að huga að stöðugleika en jafnframt þarf að vera auðvelt að stjórna hjólinu. Ef sporlengdin er neikvæð er hjólið óstöðugt en of stór jákvæð sporlengd gerir hjólið of stöðugt, þá er erfitt að stýra því. Því þarf að taka afstöðu til þess hvort eigi að vega þyngra, stöðugleiki eða sveigjanleiki.

Fyrsta óhjólið sem Jones smíðaði sést svo á myndinni hér fyrir ofan. Það var smíðað til að afsanna þá kenningu að varðveisla hverfiþunga framhjólsins væri það sem héldi hjólinu uppréttu. Það mundi þýða að það sé viðleitni hjólsins til að halda áfram að snúast með sama hraða og í sömu stefnu sem skipti mestu. Þetta var vinsæl kenning sem margir notuðu til að útskýra af hverju reiðhjól haldast upprétt. Jones festi annað hjól við framhjólið sem gat snúist án þess að snerta jörðina. Með því að snúa því í öfuga átt við framhjólið lét hann það vega upp á móti áhrifum framhjólsins. Þegar hjólið var látið renna eitt og sér féll það fljótar til jarðar en venjulegt hjól. Varðveisla hverfiþungans skiptir því máli til að halda hjólinu einu og sér uppréttu. En þegar hjólað var á þessu hjóli var alls ekkert erfiðara að halda jafnvægi en á venjulegu hjóli. Þessi áhrif hverfiþungans hafa því hverfandi áhrif á jafnvægi hjólreiðamanns á venjulegu hjóli.

Heimild:

  • David E.H. Jones, "The Stability of the Bicycle", Physics Today, apríl 1970, 34-40. Greinina má nálgast hér, athugið að skráin er næstum 9 MB. Í greininni lýsir hann smíði óhjólanna og fjallar um útreikninga þeim tengdum.

Myndir:

  • Sporlengd: Heimasíða hjólreiðaklúbbsins CHUNK.
  • Mynd af Davis á óhjóli tekin úr grein hans "The Stability of the Bicycle".

Útgáfudagur

27.6.2005

Spyrjandi

Steinunn Guðmundsdóttir, f. 1992

Höfundar

eðlisfræðinemi

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Tilvísun

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvernig getum við náð jafnvægi á hjóli með engum hjálpardekkjum?“ Vísindavefurinn, 27. júní 2005. Sótt 20. nóvember 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=5090.

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2005, 27. júní). Hvernig getum við náð jafnvægi á hjóli með engum hjálpardekkjum? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=5090

Hildur Guðmundsdóttir og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvernig getum við náð jafnvægi á hjóli með engum hjálpardekkjum?“ Vísindavefurinn. 27. jún. 2005. Vefsíða. 20. nóv. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=5090>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Ingibjörg V. Kaldalóns

1968

Ingibjörg V. Kaldalóns er lektor í uppeldis- og menntunarfræði við Menntavísindasvið HÍ. Í rannsóknum sínum hefur Ingibjörg einkum beint sjónum að starfsháttum í grunnskólum, velfarnaði nemenda og kennara í skólastarfi og hvernig hagnýta megi rannsóknir jákvæðrar sálfræði í uppeldi og menntastarfi.