Bado, sayansi haiwezi kutoa jibu la uhakika. Lakini inakaribia…
Kuendesha baiskeli. Ni kama tu kuendesha baiskeli, sivyo? Sivyo, kama wewe ni profesa wa Chuo Kikuu cha Cornell Andy Ruina.
Yeye, pamoja na waandishi wenza Jim Papadopoulos, Arend Schwab, Jodi Kooijman na Jaap Meijaard, wameandika karatasi yenye kichwa A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic au Castor Effects ambayo inapendekeza hali zilizotajwa hapo awali za uthabiti. eleza vya kutosha - na hata sio muhimu kwa - hali ya baiskeli inayojitegemea.
‘Ni jambo la kushangaza kwamba watu wanaweza kukaa kwenye baiskeli hata kidogo. Lakini moja ya mambo ya kustaajabisha zaidi kuhusu baiskeli ni kwamba wanaweza kujisawazisha,’ asema Ruina.
Akitoa mfano wa onyesho maarufu katika filamu ya Jacques Tati ya 1949 Jour de Fête, ambapo tarishi François anamfukuza farasi wake anayekimbia huku akipita bila kupanda barabarani, Ruina na wanasayansi wenzake walianza kuchunguza hekima ya kawaida ambayo masharti mawili muhimu kwa baiskeli kukaa wima yalikuwa ni torati ya gyroscopic ya magurudumu yanayozunguka au njia ya nyuma ya gurudumu la mbele.
‘Unaweza tu kuweka baiskeli wima inaposonga,’ Ruina anasema. 'Kinachojulikana ni kwamba uendeshaji unakupa usawa. Tunaweza kuonyesha hili ikiwa tutafunga usukani kwenye baiskeli isiyo na mpanda, kuisukuma, kisha kuiacha. Baiskeli itaanguka haraka kwa njia ile ile inapoanguka ikiwa imesimama.’
Ruina analinganisha athari na kusawazisha ufagio kwenye mkono wa mtu. Ufagio wa wima unapoanza kuegemea kushoto, mizani husogeza mkono wao upande wa kushoto pia, na kurudisha sehemu ya chini ya ufagio chini ya sehemu yake ya juu inayoangukia, na hivyo kupata usawa. Lakini kumtoa mpanda farasi kwenye mlingano, kwa nini hii hutokea kwa baiskeli?
‘Kwa kawaida watu hufikiri kuwa kitu kikizunguka haraka huwa gumu kutokana na athari ya gyroscopic, kwa hivyo unapokigeuza, kinataka kugeukia upande mwingine. Hayo ni maelezo ya kawaida. Nyingine ni kwamba baiskeli hufanya kama castor kwenye toroli ya ununuzi.
Njia ya mawasiliano
Watu hudhani kwamba sehemu halisi ya kugusa ya gurudumu la mbele iko mbele ya mhimili wa usukani kwa sababu ya pembe ya kichwa na uma. Lakini kwa kweli gurudumu hugusana na sakafu nyuma ya mhimili huu.’
Matokeo yake ni kwamba, kama castor inayoweza kusogeza 360° kuzunguka mhimili wima (wazia kwamba kifaa chako cha kutazama sauti ni fani ya kastari na kitovu chako ni mhimili wake), gurudumu lako la mbele ‘linafuata’ mpini wako. Kwa hivyo kama vile toroli ya ununuzi, sukuma baiskeli yako mbele na gurudumu la mbele liingizwe na kufuata njia ya usafiri.
Hata hivyo, hesabu za watafiti zilionyesha kuwa si athari ya gyroscopic au castor inawajibika kwa tabia ya baiskeli kuendesha na kujitengenezea.
Ili kuthibitisha hili, Ruina na timu yake waliunda kile wanachokiita ‘Skate ya Misa Mbili’ (TMS). Kwa kuangalia kitu kama skuta ya kukunjwa, TMS ina sifa sawa na baiskeli - magurudumu mawili na sehemu ya mbele na ya nyuma ya bawaba iliyounganishwa na bawaba (yaani, kifaa cha sauti) - lakini imetengenezwa kwa njia ambayo sivyo. kukabiliwa na athari za gyroscopic au castor.
Ili kufanikisha hili, magurudumu mawili madogo yanagusa ardhi, kila moja ikiwa na gurudumu linalogusa na hivyo linalozunguka-zunguka la uzito sawa juu, ambayo hughairi athari yoyote ya gyroscopic kwa mwendo wa kupinga (magurudumu ya TMS hufanya kazi zaidi kama sketi). Na sehemu ya kugusa ya gurudumu la mbele iko mbele ya mhimili wa usukani, sio nyuma kama ilivyo kwa castor.
Inaposukumwa na kuachiliwa, ‘baiskeli’ hii isiyo na mteremko, isiyo na njia hudumu wima, hata kujirekebisha inapogongwa kutoka kando.
Hii kwa hivyo inathibitisha kwamba kitu kingine, kando na athari za gyroscopic au castor, lazima kiwe na jukumu la tabia ya baiskeli kujitengenezea kwa kuendesha chini yake. Ili kuelezea hili, watafiti wanadai kwamba usambazaji wa wingi, hasa kwenye mkusanyiko wa uendeshaji, ni muhimu.
Tukirudi kwenye mfano wa ufagio, Ruina anapendekeza, ‘TMS ina misa iliyo mbele ya mhimili wa usukani na vile vile misa katika fremu. Sehemu ya mbele ya baiskeli inapoanguka, huanguka haraka, kama vile ukiweka penseli mkononi mwako itaanguka haraka kuliko ufagio.
Kwa hivyo uzito wa mbele huanguka haraka kuliko uzito wa nyuma, lakini zimeunganishwa kwa mhimili wa usukani. Kwa hivyo katika jaribio la kuanguka kwa kasi upande wa mbele husababisha usukani na kurudisha baiskeli chini yake.’
Ruina anadokeza kuwa hii bado haisuluhishi suala la uthabiti wa baiskeli, hata kama inahusu baiskeli isiyo na mendeshaji. Lakini inachofanya ni kuibua maswali mapya kuhusu jinsi tunavyokaa wima kwenye baiskeli, ambayo huenda siku moja ikasababisha mabadiliko ya kimsingi ya muundo.
Kama watafiti walivyoweka: ‘Matokeo haya yanadokeza kwamba mchakato wa mageuzi ambao umesababisha miundo ya sasa ya baiskeli unaweza kuwa haujagundua maeneo yanayoweza kuwa muhimu katika nafasi ya muundo.’ Hivyo basi.
