¿Cómo se equilibra una motocicleta?

Una motocicleta se equilibra a sí misma a cualquier velocidad significativa. La fuerza principal que hace que una bicicleta se mantenga erguida es la fuerza de inclinación, que es una fuerza que ocurre en reacción a un ángulo de inclinación. Considera una bicicleta caerse. El centro de masa no puede caerse, sino que debe moverse principalmente hacia los lados, ya que el marco y la gravedad lo obligan a seguir un camino curvo hacia abajo. Esta aceleración lateral se hace reaccionar en la carretera por la fuerza de inclinación que empuja la bicicleta hacia la dirección en que está cayendo. Esta fuerza es puramente lateral y actúa en ambos contactos del neumático.

El diseño de la motocicleta crea un medio para controlar la fuerza de inclinación para que se dirija hacia la caída. Este control se basa en la propiedad más básica de la rueda; se puede mover fácilmente longitudinalmente pero es difícil de forzar en una dirección lateral. Es fácil hacer rodar una rueda hacia adelante, pero si intenta empujarla hacia un lado, solo se ajustará ligeramente.

Cuando una bicicleta cae hacia un lado, la dirección hacia adelante se modifica por esa caída, de modo que la velocidad del centro de masa no está alineada con la línea central del cuadro, sino que está en ángulo. Este punto parece ser totalmente ignorado por todos y es la razón básica por la cual una bicicleta puede mantenerse en posición vertical. Para cualquier punta pequeña hacia un lado, el vector de velocidad oscila de esa manera y la rueda delantera cumple. No se empuja fácilmente lateralmente y eso es exactamente lo que ocurre cuando una bicicleta se vuelca. Debido a que la rueda delantera tiene un eje de dirección, cualquier fuerza lateral debido a una desalineación hará que la rueda se alinee con el vector de dirección. Se forma un momento sobre el eje de dirección con el camino como el brazo del momento. Esto empuja la rueda delantera a alinearse con el vector de dirección. Para alguien que observa, parece que el ciclo se dirige hacia la caída, pero en realidad, la bicicleta simplemente mueve la rueda delantera para alinearla con su dirección de desplazamiento. No se genera fuerza de dirección. Sin embargo, esta acción crea un momento de guiñada que hace que la bicicleta caiga.

Este movimiento de la rueda delantera actúa como un control de la fuerza de inclinación que empuja la bicicleta de manera uniforme en ambos neumáticos. El neumático trasero no puede ajustar la dirección rápidamente, por lo que la fuerza de inclinación se neutraliza. Sin embargo, en la parte delantera, la rueda ya no tiene una fuerza para contrarrestar la fuerza de inclinación, por lo que hay un momento de guiñada que empuja el extremo delantero en la dirección en que cae. La bicicleta luego se mueve sobre su base y regresa en posición vertical.

Las acciones giroscópicas de las ruedas no son necesarias para mantener una bicicleta en posición vertical. De hecho, una bicicleta requiere un rastro adicional para superarla. Una bicicleta de esquí funciona con el mismo director y no tiene partes giratorias.

El comportamiento de dirección de una bicicleta da paso a una acción de inclinación lateral más simple a medida que la velocidad de la bicicleta supera las treinta mph más o menos. A medida que aumenta la velocidad, los ángulos de deslizamiento en los puntos de contacto del neumático disminuyen porque el ángulo de deslizamiento es la velocidad lateral dividida por la velocidad longitudinal. Sin fuerzas de ángulo de deslizamiento para oponerse a ellos, las fuerzas de inclinación actúan directamente. Al navegar por la carretera, la bicicleta ya no invoca la dirección. Cualquier aceleración lateral genera una fuerza lateral en la carretera que empuja la bicicleta hacia la punta. El resultado es una especie de levitación vertical.

A esta velocidad, la respuesta de la dirección se revertirá. A baja velocidad, un ciclista puede conducir una bicicleta en la dirección que desea ir, pero a alta velocidad esto hará que la bicicleta se desestabilice y caiga en la dirección opuesta. Los ciclistas rara vez conducen significativamente a cualquier velocidad porque la bicicleta responderá en cualquier dirección en que se incline.

Hay dos mecanismos en el trabajo. 1) Mientras se mueve, el conductor conduce de manera suave e imperceptible en la dirección necesaria para mantener la bicicleta en posición vertical, y 2) las ruedas actúan como giroscopios. El primero es más evidente en una bicicleta, y el segundo contribuye más en una motocicleta debido a sus ruedas más pesadas.

Estos fenómenos son fáciles de observar. Siéntese en una bicicleta inmóvil con el pie de apoyo y levante los pies. Intenta equilibrar. Es difícil. Ahora haga lo mismo mientras rueda y notará que realiza pequeñas correcciones de dirección continuamente. Si te obligas a mantener la rueda recta, perderás rápidamente el equilibrio.

El efecto del giroscopio es más difícil de observar, pero si levanta la rueda delantera del suelo y la gira, luego gire la rueda, sentirá cierta resistencia inercial (menos en una bicicleta que en una motocicleta). Dada suficiente velocidad, eso también te ayuda a estabilizarte.

La motocicleta, cuando está parada, no permanecerá en pie más de unos pocos segundos … Se necesita la fuerza generada por el giro de las ruedas para permanecer en posición vertical. cuanto más rápido rueda la bicicleta, aumenta la tendencia de la bicicleta a mantener una actitud erguida