Waarom een rijdende fiets niet omvalt

Zwieper
De TU Delft heeft in samenwerking met wetenschappers van Cornell University (VS) een onderzoek uitgevoerd waarin het draait om de intrigerende vraag: waarom is een fiets, boven een bepaalde snelheid, uit zichzelf stabiel? Je geeft een fiets snelheid en dan kun je hem zo maar een flinke zwieper geven, zonder dat hij omvalt.
Onderzoekers buigen zich al heel lang over deze ingewikkelde vraag, al vanaf de negentiende eeuw. En tot recent luidde de wetenschappelijke consensus dat de stabiliteit heel sterk te maken had met twee factoren. Ten eerste zouden de draaiende wielen van de fiets, via gyroscopische effecten, voor stabiliteit zorgen. En ten tweede dacht men dat de factor 'naloop' (Engels: 'trail') een belangrijke rol speelde. Naloop is de mate waarin het contactpunt van het voorwiel achter de stuuras aanloopt.

Voorspellen
Via een publicatie in het tijdschrift Science maakt de TU Delft definitief een einde aan dit idee. “Wij wisten al jaren dat de gangbare verklaring voor de stabiliteit van de fiets te simpel was”, zegt onderzoeker dr.ir. Arend Schwab van de faculteit 3mE van de TU Delft. “Gyroscopische effecten en naloop helpen wel, maar zijn niet noodzakelijk voor de stabiliteit.”
Enkele jaren geleden heeft Schwab met collega's al gepubliceerd over de theorie achter de stabiliteit van de fiets (in 2007 in Proceedings of the Royal Society, doi:10.1098/rspa.2007.1857). Er is toen een wiskundig model ontwikkeld met zo'n 25 fysieke parameters, dat heel goed bleek te kunnen voorspellen óf, en bij welke snelheden, een bepaald fietsontwerp stabiel is.

Ook experimenteel
“In de Science-publicatie tonen we nu experimenteel aan dat onze inzichten hierover kloppen.” Schwab ontwierp en bouwde samen met promovendus ir. Jodi Kooijman een fiets waarmee experimenteel was aan te tonen dat gyroscopische effecten en naloop niet noodzakelijk zijn om een fiets, boven een bepaalde snelheid, uit zichzelf stabiel te houden. Dit werd de zogenoemde Two Mass Skate bicycle. Deze heeft kleine plus tegengesteld draaiende wielen, dus geen noemenswaardig gyroscopisch effect, en een kleine negatieve naloop, een voorloop dus. En toch blijft ook deze fiets stabiel.

Fietsfabrikanten
Kunnen fietsfabrikanten iets met de theoretische inzichten? Schwab: “Aan het basisontwerp van de fiets is sinds het einde van de 19e eeuw niets wezenlijks meer veranderd. Met ons model kunnen fabrikanten gericht sleutelen aan de stabiliteit van hun fietsen. Dat kan vooral interessant zijn voor bijzondere ontwerpen zoals ligfietsen, vouwfietsen en bakfietsen.”

Meer informatie
Uitgebreide website bij deze Science publicatie, met filmpjes en foto’s:

http://bicycle.tudelft.nl/stablebicycle/

Bicycle Dynamics onderzoek, meer achtergronden over het hele onderzoeksprogramma: http://bicycle.tudelft.nl/schwab/Bicycle/index.htm
 

Reactie (0)