Miten pyöräilijä pysyy tasapainossa?

Polkupyöräilijä kamppailee koko ajan painovoiman kanssa. Pyörän pitäminen pystyssä vaatii pieniä, tiedostamattomia liikkeitä, ja osa niistä vaikuttaa aluksi jopa oudoilta.

Harva tulee ajatelleeksi, että vasemmalle kaarrettaessa ohjaustankoa pitää ensin kääntää hieman oikealle. Ilmeisesti jokainen, joka opettelee ajamaan pyörällä, oppii liikkeen tiedostamattaan. Moottoripyöräilijöille tämä liike on tuttu, ja he ovat myös tietoisia toiminnastaan.

Alankomaalaisen Delftin teknisen yliopiston tutkijat ovat julkaisseet pyöräilystä matemaattisen mallin. He toteavat, että tasapainon ylläpitämiseen tarvitaan monta tekijää, joista osa liittyy pyörän rakenteeseen, osa pyöräilijään. Tasapainoon vaikuttavat muun muassa etuhaarukan kulma, renkaiden etäisyys toisistaan ja pyörän painopiste. Kun painopistettä siirretään eteenpäin, pyörästä tulee vakaampi.

Renkaiden pyörimisliike tasapainottaa pyörän kulkua, sillä renkaat ikään kuin vastustavat niiden kulkusuunnassa tapahtuvia muutoksia. Siksi pyöräilijän on helpompi pitää tasapaino vauhdissa.

Nämä hyrrävoimat vaikuttavat alankomaalaistutkijoiden mittausten mukaan niin, että jos nopeus on 14–27 kilometriä tunnissa, pyörä säilyttää tasapainon ja jatkaa kulkuaan suoraan, vaikka sitä tönäistään.

Jos nopeus on yli 27 kilometriä tunnissa, pyörä kaatuu tönäisystä, toteaa professori Arend Schwab.

Tiedostamattomat liikkeet kääntävät pyörän

Alankomaalaiset Arend Schwab ja Jodi Kooijman ovat tutkineet pyöräilijän ajon aikana tekemiä pieniä, tiedostamattomia liikkeitä.

a. Pyöräilijä kääntää ohjaus­tankoa hetken oikealle. Etu­renkaan kosketuspiste siirtyy vasemmalle. Pyörän painopiste pyrkii kallistamaan pyörää oikealle. Liike on hyvin pieni.

b. Noin 0,3 sekuntia sen jälkeen, kun pyöräilijä on tehnyt pienen ohjausliikkeen oikealle, keskipakovoima saa ohjaustangon kääntymään vasemmalle kohti aloituspistettä.

Kaarteessa pyöräilijä nojautuu kaarteen sisäpuolelle. Niin kauan kuin keskipakovoiman ja painovoiman vaikutus on sama, pyörä ei kaadu. Keski­pakovoima riippuu nopeudesta ja kallistuksesta. Ohjaustanko palautuu hitaasti lähtö­asentoon, ja pyörä jatkaa suoraan.

1. Pyöräilijä ajaa suoraan tasaisella 18 kilometrin tuntinopeudella.

2. Pyörä jatkaa suoraan.

3. Pyöräilijä kääntää ohjaustankoa vasemmalle. Pyörä kallistuu yhä enemmän vasemmalle ja kääntyy vasemmalle.

4. Kallistus­kulma pienenee.

5. Pyöräilijä jatkaa suoraan.