Kozi ya kiufundi inahitaji ujuzi mzuri wa kupiga kona. Lakini, kulingana na fizikia, unaweza kuelekeza baiskeli yako umbali gani kabla ya kugonga sitaha?
Wanasayansi wamekuwa wakishangaa ni nini hutengeneza salio la baiskeli tangu enzi za ye olde penny farthing. Wataalamu wengi walipendekeza hizo hoops zinazozunguka zifanye baiskeli kuwa kama gyroscope, lakini si rahisi hivyo. Kundi la wahandisi kutoka Chuo Kikuu cha Nottingham walitambua vigezo 25 tofauti vinavyoathiri mwendo wa baiskeli, wakitaja kwamba, 'Maelezo rahisi hayaonekani iwezekanavyo kwa sababu konda na uendeshaji huunganishwa na mchanganyiko wa athari, ikiwa ni pamoja na precession gyroscopic, lateral ground-reaction forces. kwenye gurudumu la mbele, sehemu ya mguso ya ardhini inayofuatia nyuma ya mhimili wa usukani, mvuto na miitikio isiyo na hesabu…'
Kinachojulikana ni kwamba mradi baiskeli inasonga kwa kasi ya takriban 14kmh (9mph), inaweza kubaki wima bila kuwepo kwa mendeshaji. Lakini tena, wanasayansi hawawezi kueleza kwa nini.
Dhidi ya mandhari hayo, weka sehemu iliyoongezwa ya kipinda na kukokotoa pembe ambayo unaweza kuegemea unapopiga kona kabla ya kugonga lami ni jambo gumu waziwazi. Katika hali nzuri inawezekana kuona pembe za 45°, lakini tunafikaje hatua hiyo?
‘Tunajua kuna nguvu tatu za kweli zinazohusika na baiskeli na mpanda farasi,’ asema Rhett Allain, mwendesha baiskeli mahiri na profesa msaidizi wa fizikia katika Chuo Kikuu cha Kusini-mashariki mwa Louisiana nchini Marekani.
‘Kuna nguvu ya uvutano inayosukuma baiskeli na mpanda farasi chini; kuna barabara inayosukuma juu, ambayo tunaiita nguvu ya "kawaida", na kuna nguvu ya msuguano inayosukuma baiskeli kuelekea katikati ya njia ya duara ambayo inasogea.'
Nguvu feki
Pia kuna nguvu ya katikati.'Hii ina athari lakini ni nguvu bandia,' anasema Allain. Wanafizikia wengi wanahoji kuwa nguvu ya katikati haipo na ni ukosefu wa nguvu ya katikati - nguvu ya kuvuta ndani ambayo huhakikisha baiskeli inasonga katika mduara sawa na uvutano unaovuta ndani kwa setilaiti ili kuiweka katika obiti.
Imekokotolewa kupitia mlinganyo F=mv2/r, ambapo F ni nguvu ya katikati (Newtons), m ni uzito wa baiskeli na mpanda farasi (kg), v ni kasi (m/s) na r ni kipenyo cha kona katika mita.
‘Fizikia ya kupanda zamu ni kwamba unaifanya kwa kuongeza kasi ya kuelekea ndani, ambayo ni chini ya nguvu ya katikati,’ asema David Wilson, profesa anayeibuka wa uhandisi katika Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts.
‘Nguvu lazima itoke kwenye matairi. Baiskeli inapaswa kuegemea ili mchanganyiko wa athari kutoka kwa tairi na nguvu ya radial iwiane na nguvu inayotokana ya baiskeli pamoja na mpanda farasi.’
Pia ufunguo wa umbali unaoweza kuegemea ni mgawo wa msuguano, ambao ni uwiano wa nguvu ya msuguano kati ya miili miwili na nguvu inayowekwa juu yao - katika kesi hii tairi na lami.
Nyenzo nyingi kavu zina thamani za msuguano kati ya 0.3 na 0.6, ilhali raba iliyogusana na lami inaweza kutoa takwimu kati ya moja na mbili. Nyuso zinaposogea kulingana na zingine - kulingana na baiskeli - takwimu hii hupungua kidogo.
Ili baiskeli ibaki wima, nguvu ya pembeni (kati) lazima ilingane na mgawo wa msuguano, na takwimu hii inaweza kuwa kubwa ajabu. Kwa mfano, mwendeshaji wa kilo 70 kwenye baiskeli ya kilo 10 anayekimbia kwa kasi ya 20mph kuzunguka kona yenye radius ya 20m hupata nguvu ya katikati ya Newtons 316.
Nguvu hii lazima itengenezwe na matairi, na kama nguvu haikuwepo, baiskeli na mpanda farasi wangeendelea kwa mstari ulionyooka.
Kwa kutumia baadhi ya hesabu za trigonometriki za kuvutia ambazo zingejaza kitabu kizima, mgawo wa msuguano ni sawa na kitendakazi tanjiti cha upeo wa juu wa pembe konda.
‘Gurudumu litateleza wakati mgawo wa msuguano utakapopitwa,’ asema Marco Arkesteijn, mhadhiri wa sayansi ya michezo katika Chuo Kikuu cha Aberystwyth. ‘Hii inaweza kutokana na nguvu ya msuguano kuongezeka [kutokana na kukaza mstari kupitia kona kwa mfano] au nguvu ya kawaida kupungua [kutokana na, tuseme, mfadhaiko barabarani].’
Kigawo cha msuguano kinaweza pia kubadilika kutokana na mabadiliko ya uso. Ndiyo maana kona kwenye mstari mweupe inaweza kuwa hatari. "Hii ni kweli hasa kwenye mvua," anasema Arkesteijn. ‘Rangi haina vinyweleo kidogo ili maji yasitawanyike.’
Uzito wa mpanda farasi
Ili kutatiza mambo zaidi ni suala la uzito wa mpanda farasi. "Wanaume wenye busara ya fizikia, wadogo wanapaswa kuegemea zaidi," anasema Arkesteijn. ‘Pia wao ni wepesi zaidi, jambo ambalo husaidia.’
Allain si dhahiri kabisa, inapendekeza kwamba ingawa uzani wa mpanda farasi ni muhimu 'kidogo', la muhimu zaidi ni kituo cha wingi cha waendeshaji-baiskeli.
‘Hatimaye, hilo ndilo jambo muhimu zaidi,’ asema. Waendeshaji wazito zaidi huwa waendeshaji warefu zaidi, haswa katika pro peloton, kumaanisha saizi zao za fremu ni kubwa na kituo chao cha wingi ni cha juu zaidi. Pia unahitaji kuzingatia hali ya barabara. Ikiwa umefikia kikomo, kugongana barabarani kunaweza kusababisha kupoteza nguvu na kuanguka.
Barabara za Uingereza wakati mwingine hupendeza zaidi kuliko zile za binamu zetu wa Uropa kwa sababu zina vinyweleo vingi vya kunyonya mvua na kuzuia sehemu yenye utelezi. Ndio maana barabara zetu ni mbovu. Lakini mara nyingi huwa na hali ngumu zaidi na katika hali mbaya zaidi kwa sababu ya uharibifu wa barafu, kwa hivyo kuendesha baiskeli na kuendesha gari nchini Ufaransa ni furaha kabisa kunapokuwa kavu.
Baada ya hayo yote, ni upi upeo wa pembe ya konda? Kwa profesa wa ufundi mitambo na uhandisi Jim Papadopoulos, hilo haliwezi kujibiwa hadi upate kipengele kimoja cha mwisho - trail.
Hii ni njia ya kuwazia ambayo inakadiria chini ya bomba la usukani hadi chini. Ikiwa sehemu hii iko mbele ya sehemu ya kugusa gurudumu iliyo na ardhi, itachukuliwa kuwa 'chanya' na ni thabiti zaidi. Nyuma na baiskeli kuna uwezekano mkubwa wa kupinduka. Trail hupunguza kadri unavyoegemea zaidi.
‘Waendesha baiskeli huwa wanakaa katika eneo chanya na hawazidi 45° ya konda,’ asema. 'Kwa kawaida ni kidogo, ingawa wakati zamu ni kubwa kuliko radius ya 5m, unaweza kufikia 45°. Hiyo ni kwa sababu uchaguzi unakuwa mdogo wa suala - basi tunarudi kwenye suala la kuvuta.’
Kwa hivyo 45° inawezekana kwa zamu ya haraka, pana, yenye uso mzuri, lakini kwa vigeu vingi vinavyotumika, kwa bahati mbaya, hakuna jibu la uhakika. Umbali unaoweza kuegemea ni kesi ya majaribio na (inatumaini si chungu sana) hitilafu.
