¿Por qué no se caen las motocicletas?

¡Esta es una muy buena pregunta de un científico en ciernes! También está relacionado con preguntas como “¿Por qué puedes andar en bicicleta o motocicleta sin manos?” y “¿Por qué las bicicletas en movimiento a veces pueden mantenerse erguidas sin conductor?”

Escribí una respuesta a algunas de estas preguntas relacionadas aquí: la respuesta de Luke Pritchett a ¿Por qué las bicicletas (y las unibikes) no se caen cuando el motorista pedalea?

La verdadera respuesta es que los físicos no entienden totalmente por qué las bicicletas pueden mantenerse estables cuando se mueven. Hay algunas respuestas comunes que damos, pero puede hacer experimentos para demostrar que ninguna de estas respuestas da la explicación completa.

George tiene razón en que las ruedas giratorias ayudan mucho. ¿Sabes cómo, cuando un trompo gira, se mantendrá en posición vertical aunque lo empujes un poco? Las ruedas son de la misma manera: una vez que giran si intentas volcarlas, girarán para ayudar a mantenerse en posición vertical. Es como si fueran capaces de dirigirse sin que nadie tocara el manillar.

Sin embargo, el efecto de la rueda giratoria no es la respuesta completa, porque podríamos construir una motocicleta especial sin ruedas giratorias que se corrijan por sí mismas y aún así funcionaría.

Porque los jinetes no quieren que lo hagan, porque se lastimarían. La misma razón por la que no te caes cuando caminas. Aprendiste a no caer cuando eras un niño pequeño.
La mayoría de las personas no saben cómo lo hacen: aprendieron por práctica, y si se detienen y piensan en ello, la magia deja de funcionar y se caen.

Pero funciona así: si quiere girar a la izquierda, gire el manillar a la derecha. Eso hace que la bicicleta gire en círculo hacia la derecha, y eso crea una fuerza centrífuga que empuja la bicicleta hacia la izquierda. Entonces la bicicleta comienza a caer hacia la izquierda, y si de repente te congelas, se caerá. Pero ahora mueves el manillar hacia la izquierda. Los mueve lo suficiente hacia la izquierda para que la bicicleta gire en círculo hacia la izquierda para generar la fuerza centrífuga correcta a la derecha que compensa exactamente el hecho de que la bicicleta está inclinada hacia la izquierda y quiere caerse . Entonces no lo hace. Ahora estás viajando en círculo a la izquierda. Cuando quiera dejar de ir a la izquierda e ir recto nuevamente, haga todo eso hacia atrás (gire el manillar más hacia la izquierda, y así sucesivamente).
La fuerza centrífuga es lo que te hace caer contra la puerta de un automóvil cuando dobla una esquina muy rápido, o lo que sientes tirando de tu mano si giras una pelota con una cuerda alrededor de tu cabeza. Los científicos le dirán que en realidad no existe, que es un artefacto de un marco de referencia giratorio, pero aún se siente real y todavía hace que las motocicletas se vuelquen.
Confundido? No importa, probablemente aprenderás a andar en bicicleta cuando seas un poco mayor. Entonces puedes decirnos cómo hacerlo.

Creo que este video demuestra un efecto bastante sucinto, pero no soy físico:

La explicación más simple es que el movimiento giratorio genera una fuerza que atrae la rueda de forma natural hacia, pero no más allá, de la vertical.

Cuando la rueda de su motocicleta gira y se mueve en la dirección “hacia adelante”, el vector de momento angular apunta hacia los lados, hacia la izquierda. Supongamos que la gravedad ahora actúa sobre la rueda, que comienza a caer hacia la izquierda. Esto significa que el vector de torque aplicado a la rueda, con el punto de pivote como punto de contacto con el suelo, apunta hacia la parte posterior. Como el par es el cambio instantáneo en el momento angular, el vector de momento angular gira hacia el par. Imagínelo como el vector que apunta hacia la izquierda girando para que apunte más hacia la parte posterior.

El objetivo de esta tediosa explicación es decir: la rueda gira naturalmente cuando está sujeta a la gravedad, siempre que esté girando. Esta minúscula cantidad de vueltas le proporciona a usted, el ciclista, el tiempo suficiente para reequilibrar cambiando su peso.

Pruébalo con cualquier cosa que ruede por el suelo. Déjalo rodar hacia adelante y lo verás girar a la izquierda o derecha. No cae lateralmente al suelo.

se caen!

estacione en un suelo blando … especialmente después de la lluvia. volverá a una bicicleta de costado, con fugas de fluidos vitales de cada orificio …

ingrese a su camino de entrada a velocidades tontas, luego toque los frenos delanteros en la (suciedad húmeda) y se caerán.

estacione en la calle, con un buen asfalto debajo del estrado … y algún idiota en un auto se revertirá en él, y … ¡lo derribará! Regresará a una bicicleta rodeada de bomberos, cubriéndola con arena ya que filtra fluidos vitales de cada orificio. por supuesto, no obtuviste la matrícula … (pista … toma fotos si esto te preocupa)

estacione en el asfalto en un caluroso día de verano … y el alquitrán se ablanda tanto que el soporte lateral se hunde … y la bicicleta se cae, con el mismo resultado final que el anterior.

empuje su bicicleta tres metros debajo de la cubierta sobre un borde de concreto (¡no lo suficientemente lejos como para garantizar el arranque del motor y montarla!), pierda el equilibrio y resbale, y con la bicicleta inclinada un poco demasiado hacia el otro lado … usted no tengo más remedio que … dejar que se caiga!

golpee diesel, musgo, agua, aceite, zarigüeyas o cualquier tipo de obstáculo mientras se inclina con fuerza contra una esquina … ¡y se caen!

ingrese a la esquina, inclinándose con fuerza, sufra una pérdida momentánea de tracción y luego un retorno momentáneo de la tracción, y la bicicleta no solo se cae, sino que se levanta en el aire y cae sobre usted. (¡zona alta!)

Conduzca por la carretera en línea recta, ocupándose de sus propios asuntos, luego haga que un conductor de automóviles enloquecido se detenga en usted … y, bueno, lo adivinó … ¡la bicicleta se cae!

cabalgue por una pista de arbustos a toda velocidad y golpee ya sea una mala rutina, rocas sueltas, escombros o golpee una araña en la cara e invariablemente … ¡la bicicleta se cae!

arroje su bicicleta en la parte trasera de una camioneta sin amarres suficientes, tome una esquina cerrada … ¡y la bicicleta se cae!

sé estúpido y, en lugar de atravesar un charco profundo, trata de tomar la ruta resbaladiza y fangosa … y te deslizas en el charco y … ¡te caes! (Tuve que reírme cuando mi amigo hizo eso … acabo de atravesar el charco. Un poco de agua nunca hace daño a nadie, mientras que caer al agua invariablemente cuesta dinero …)

use los frenos delanteros en una pendiente pronunciada, bajo la lluvia, cubierto de hojas, con adoquines … y, a menudo … ¡la bicicleta se cae!

haga que su neumático delantero o trasero se desinfle repentinamente, ya sea en línea recta o en una esquina … y con frecuencia … ¡la bicicleta se cae!

montar después de consumir demasiado alcohol, ¡y hay una buena posibilidad de que la bicicleta se caiga!

hmmmm …

¡Las bicicletas son muy propensas a caerse!

sí, he hecho prácticamente todo lo que se enumera aquí … ¡y más!

La respuesta para bicicletas es exactamente la misma que para motocicletas. Es una combinación de geometría y principios giroscópicos. Lo siento, no puedo expresarlo en palabras simples, pero puedes hacerlo mejor a través de la demostración. Pídales que taladren ambos extremos del eje de una rueda de bicicleta y que la roca quede de lado a lado. Debería ser facil. Ahora giró la rueda an. Prueba lo mismo con la rueca. Sentirán las fuerzas involucradas.

Cualquier vehículo de vía única se mantendrá en posición vertical debido a la fuerza de inclinación que empuja la bicicleta hacia un lado y la forma en que las fuerzas del ángulo de deslizamiento controlan esta fuerza. Si le demuestra a un niño que empujar contra el suelo en ángulo hace que el suelo retroceda, habrá puesto su mente en la dirección correcta. Explique que una motocicleta en movimiento es empujada en la dirección en que caería por el ángulo que el cuadro forma con el suelo.
Creo que deberíamos tener claro que el efecto giroscópico no es importante y solo engañará al niño de la misma manera que ha engañado al resto de estas personas que parecen tener una respuesta pero nunca han pensado en la pregunta. Que los físicos no pueden explicar que la bicicleta es correcta, pero eso es como decir que un carnicero no sabe cómo cultivar maíz. Es una pregunta de ingeniería.

Impulso.

Va tan rápido que no tiene posibilidad de caerse.
Por la misma razón por la que es posible hacer girar una taza de agua realmente muy rápido, y no hacer que se caiga toda el agua, por qué algunas personas pueden caminar hacia adelante sobre una pelota, o por qué no nos caemos de la Tierra cuando gira.

El efecto giroscópico de las ruedas.
Se puede sentir particularmente cuando se contrarresta la dirección.

Esto es cuando, girando a la derecha, presionando el manillar derecho (como girando a la izquierda), la bicicleta girará muy fuertemente hacia la derecha . Lo contrario también se aplica a los giros a la izquierda, por supuesto.

La velocidad debe estar por encima de las 20 mph para obtener un buen efecto.

La respuesta común (e incorrecta) es que se debe al efecto giroscopio de las ruedas. Esto está mal. La respuesta correcta es asombrosamente complicada. Aquí hay una explicación tediosa. Dinámica de bicicletas y motos

Hay una buena cantidad de masa giratoria en el volante y la placa del embrague. Eso actúa como un giroscopio y ayuda a mantener la bicicleta en el mismo plano vertical cuando el motor está funcionando. Cuando estás en la carretera, las ruedas giran y eso agrega más estabilidad giroscópica.

¿Tu hijo de 4 años monta una motocicleta?

Dígale que las ruedas giratorias quieren seguir girando en el mismo plano, y es difícil empujarlas. También puede darle un giroscopio y mostrarle que mientras está girando, quiere mantenerse en posición vertical (en cuyo caso la rueda quiere mantenerse plana), pero cuando deja de girar, ya no le importa en qué dirección apunta la rueda.

bueno … la respuesta simple podría ser que la ubicación del centro de masa combinada con el efecto giroscópico de la rueda lo mantiene en posición vertical cuando se dirige que cuando no lo está …

¿Por qué una cigüeña duerme en una pata? Porque si lo levantara, se caería. Lo mismo con las motos; tienen que volar hacia adelante como una cigüeña o tienes que mantener una pata afuera como una cigüeña.