Qu'est-ce qui maintient un vélo en équilibre

À première vue, vous pensez peut-être que le cycliste humain est ce qui maintient un vélo en équilibre. Cela finit par ne pas être tout à fait vrai. Si lancé correctement, un vélo moderne sans pilote s'équilibre parfaitement et continue son chemin comme si un pilote le guidait. Cela peut être facilement vérifié par toute personne possédant un vélo. Jusqu'à il y a quelques décennies, les scientifiques pensaient qu'un vélo s'auto-équilibrait lorsqu'il était en mouvement grâce aux seuls effets gyroscopiques et aux effets de roulette.. “Effet gyroscopique” signifie qu'un rouet a tendance à rester aligné dans sa direction d'origine. Cet effet est utilisé dans les gyroscopes de navigation mécaniques pour maintenir un bon sens de l'orientation lorsqu'un véhicule se déplace.. L'effet gyroscopique est le résultat direct de la conservation du moment cinétique, ou un mouvement de rotation. En l'absence de force extérieure, le moment cinétique total d'un système doit conserver la même force et la même orientation. Par conséquent, une petite force ne fait pas grand-chose pour faire s'incliner une roue lourde et qui tourne rapidement loin de son orientation d'origine. Certains physiciens pensaient que les roues qui patinent d'un vélo créent suffisamment de moment cinétique pour résister à l'inclinaison qui se produit lorsqu'un vélo tombe.. Les concepteurs de vélos ont compris toute la physique des vélos (ils doivent le faire pour concevoir et optimiser correctement les vélos), mais j'ai eu du mal à distiller les énormes équations en concepts simples et compréhensibles tels que “effet gyroscopique”. Les expériences des dernières décennies ont donné plus de sens aux équations sous-jacentes et démontrent que même si le moment cinétique des roues est annulé, le vélo est toujours auto-équilibré. Le moment cinétique des roues peut être annulé en ajoutant deux roues supplémentaires qui tournent dans la direction opposée à celle des roues d'origine., et sont configurés pour ne pas toucher le sol.

aditionellement, certaines personnes pensaient que l’effet de chasse contribue à l’auto-équilibrage d’un vélo. L'effet de chasse décrit ce qui se passe lorsqu'une roue a son point de contact avec le sol situé à un point différent de son axe de direction.. À mesure que l'axe de direction avance, le point de contact d’une telle roue est en retard et la roue s’aligne naturellement avec la direction du mouvement. Les roulettes sont utilisées au bas des chaises de bureau et des caddies. Si vous poussez votre chaise de bureau dans une direction, les roues s'alignent naturellement grâce à l'effet de roulette. On pensait que le fait d’avoir l’axe de direction du vélo derrière le point de contact de la roue avec le sol crée un effet de roulette inversée où le vélo s'aligne derrière la roue avant et c'est ce qui maintient un vélo droit. Alors que les effets gyroscopiques et les effets de roulette peuvent contribuer à l'auto-équilibrage, ce ne sont pas les effets principaux.

Malgré les idées de longue date de certains selon lesquelles les effets gyroscopiques et de chasse sont ce qui maintient un vélo en équilibre, des démonstrations récentes ont montré plus clairement que jamais que ni l'un ni l'autre n'est nécessaire pour un vélo auto-équilibré. Bien que les effets gyroscopiques et de roulette puissent contribuer équilibrer le vélo, ils ne sont pas la cause première. J. ré. g. Kooijman et ses collaborateurs ont confirmé que la cause profonde est une géométrie de direction chargée vers l'avant.. Une géométrie de direction à charge frontale signifie que la forme de direction de la roue avant et du cadre d'un vélo est construite de telle sorte que l'avant du vélo tombe plus vite que l'arrière.. Si le vélo commence à s'incliner vers la gauche après avoir heurté une bosse et succombé à la gravité, la roue avant tombe vers la gauche plus vite que le reste du vélo. Par conséquent, le vélo tourne à gauche. Ce qui est étonnant, c'est que tourner la roue avant vers la gauche provoque un brusque élan du vélo vers la droite à cause de la force centrifuge. (tout comme vous êtes projeté sur le côté droit de votre voiture lorsque vous effectuez un virage rapide à gauche). L'inclinaison droite du vélo compense la chute initiale vers la gauche et le vélo finit à nouveau tout droit.. La chute devient auto-correctrice grâce à la géométrie de direction chargée vers l'avant. (Au fait, la force centrifuge est en effet bien réelle dans un référentiel non inertiel, et n’est ni imaginaire ni fictif.) Un vélo sans pilote ne roule pas vraiment en ligne parfaitement droite dans une position parfaitement verticale. Il tombe constamment d’un côté ou de l’autre, puis revient en position verticale sous son propre élan.. Pour démontrer plus efficacement ce concept, qui est connu depuis des décennies ou plus, Le groupe de Kooijman a construit un véhicule sans cavalier, sans gyroscope, sans roulette, vélo auto-équilibré avec géométrie de direction à chargement frontal.

Crédit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/04/18/what-keeps-a-bicycle-balanced/