La dinámica de bicicletas y motocicletas es la ciencia del movimiento de bicicletas y motocicletas y sus componentes, debido a las fuerzas que actúan sobre ellos. La dinámica cae dentro de una rama de la física conocida como mecánica clásica . Los movimientos de bicicleta de interés incluyen el equilibrio , la dirección , el frenado , la aceleración , la activación de la suspensión y la vibración . El estudio de estos movimientos comenzó a fines del siglo XIX y continúa en la actualidad. [1] [2] [3]
Tanto las bicicletas como las motocicletas son vehículos de una sola vía y, por lo tanto, sus movimientos tienen muchos atributos fundamentales en común y son fundamentalmente diferentes y más difíciles de estudiar que otros vehículos de ruedas como los diciclos , triciclos y cuatriciclos . [4] Al igual que con los monociclos , las bicicletas carecen de estabilidad lateral cuando están estacionarias y, en la mayoría de las circunstancias, solo pueden permanecer erguidas cuando avanzan. La experimentación y el análisis matemático han demostrado que una bicicleta se mantiene erguida cuando se la dirige para mantener su centro de masa .sobre sus ruedas. Esta dirección suele ser proporcionada por un ciclista o, en determinadas circunstancias, por la propia bicicleta. Varios factores, incluida la geometría, la distribución de masa y el efecto giroscópico, contribuyen en diversos grados a esta autoestabilidad, pero se han planteado hipótesis y afirmaciones de larga data de que cualquier efecto único, como giroscópico o estela , es el único responsable de la fuerza estabilizadora. desacreditado [1] [5] [6] [7]
Si bien permanecer erguido puede ser el objetivo principal de los ciclistas principiantes, una bicicleta debe inclinarse para mantener el equilibrio en un giro: cuanto mayor sea la velocidad o menor el radio de giro , más inclinación se requiere. Esto equilibra el par de balanceo sobre los parches de contacto de las ruedas generado por la fuerza centrífuga debido al giro con el de la fuerza gravitacional . Esta inclinación suele producirse por un viraje momentáneo en sentido contrario, denominado contraviraje . La habilidad de contraviraje generalmente se adquiere mediante el aprendizaje motor y se ejecuta a través de la memoria procedimental en lugar del pensamiento consciente. A diferencia de otros vehículos de ruedas, el control principalla entrada en las bicicletas es el par de dirección , no la posición. [8]
Aunque estables longitudinalmente cuando están estacionarias, las bicicletas a menudo tienen un centro de masa lo suficientemente alto y una distancia entre ejes lo suficientemente corta como para levantar una rueda del suelo con suficiente aceleración o desaceleración. Al frenar, dependiendo de la ubicación del centro de masa combinado de la bicicleta y el ciclista con respecto al punto donde la rueda delantera toca el suelo, y si el freno delantero se aplica con suficiente fuerza, las bicicletas pueden: patinar la rueda delantera que puede o no resultar en un choque; o voltea la bicicleta y el ciclista sobre la rueda delantera. Una situación similar es posible al acelerar, pero con respecto a la rueda trasera. [9] [ fuente autopublicada? ]
La historia del estudio de la dinámica de las bicicletas es casi tan antigua como la propia bicicleta. Incluye contribuciones de científicos famosos como Rankine , Appell y Whipple . [2] A principios del siglo XIX, Karl von Drais , al que se atribuye la invención del vehículo de dos ruedas llamado laufmaschine , velocipede , draisine y dandy horse , demostró que un ciclista podía equilibrar su dispositivo girando la rueda delantera. [2] En 1869, Rankine publicó un artículo en The Engineerrepitiendo la afirmación de von Drais de que el equilibrio se mantiene dirigiendo en la dirección de una inclinación. [10]
En 1897, la Academia de Ciencias de Francia hizo de la comprensión de la dinámica de la bicicleta el objetivo de su competencia Prix Fourneyron. Así, a finales del siglo XIX, Carlo Bourlet , Emmanuel Carvallo y Francis Whipple habían demostrado con la dinámica de cuerpo rígido que algunas bicicletas de seguridad podían equilibrarse si se movían a la velocidad correcta. [2] Bourlet ganó el Premio Fourneyron, y Whipple ganó el Premio Smith de la Universidad de Cambridge . [7] No está claro a quién debe atribuirse el mérito de inclinar el eje de dirección desde la vertical que ayuda a que esto sea posible. [11]