Kann die Wissenschaft erklären, wie Fahrräder funktionieren?

Von 8 einfachen Fragen, von denen Sie nicht glauben werden, dass die Wissenschaft sie nicht beantworten kann :

  1. Fahrräder müssen fast ausschließlich durch Intuition und Experimentieren entworfen werden
  2. Physikalische Konzepte, die zu ihrer Erklärung verwendet wurden (Gyroskop- und Caster-Effekte), haben sich als irrelevant erwiesen

Artikel wie dieser wählen eine pessimistische/herablassende Haltung, während sie dies sagen. Wie ist der aktuelle Stand, hat die Wissenschaft ein Modell, um zu erklären, wie sich Fahrräder ausbalancieren?

Delft & Cornell University: TMS Fahrrad, stabil ohne Gyros oder Trail (Video); Das Papier und Begleitmaterial finden Sie hier
Ich denke, Olivers Link beschreibt ziemlich gut, dass die wissenschaftlichen Prinzipien verstanden werden, und Vinayaks Beispiel vervollständigt das Bild.
"Science&Technology" ist kein Pleonasmus.
Cracked (die Quelle der Operation) ist bekannt (und ich verwende diesen Begriff locker) für Satire und Humor ... nicht für wissenschaftliche Forschung.
@Chad - Cracked scheint jedoch die meisten ihrer Quellen für die Behauptungen in dem Artikel zu notieren, und er wird auf humorvolle, aber nicht fiktive Weise präsentiert.
Fahrräder balancieren sich nicht aus: Sich selbst überlassen fallen sie meist schnell um. Fahrräder, die von Menschen gefahren werden, finden es leicht, das Gleichgewicht zu halten, aber das ist ein viel komplexeres System als nur ein Fahrrad und beinhaltet viel Feedback . Die Stabilität ist viel mehr eine Eigenschaft des Feedbacks als des Fahrrads, also was genau können wir nicht erklären?
@RobZ - Seine Quellen stimmen jedoch nicht wirklich mit der Schlussfolgerung des Autors überein ... Sie waren in der Lage, ein Fahrrad zu entwickeln, das ähnlich funktionierte und sich nicht auf die von Fahrrädern verwendeten Standardkräfte stützte. Das bedeutet nicht, dass wir nicht wissen, wie herkömmliche Fahrräder funktionieren, oder dass wir Geometrie und Physik, wie wir sie kennen, durcharbeiten müssen.
Wenn sich Kreiseleffekte bemerkbar machen, ist das ein komisches Gefühl. Aber Sie brauchen ein schweres Motorrad und fahren ungefähr 60 km/h oder mehr. Es fühlt sich an wie eine Kugel, weil man plötzlich fast keine Richtung mehr ändern kann (also durch Gewichtsverlagerung; also muss man die Technik des Gegenlenkens lernen).

Antworten (1)

Anhand dieses Artikels (danke an Oliver_C für das Posten) kann man ganz klar sehen, dass ihr Verhalten von Physikern verstanden wird (sie haben einen Artikel darüber geschrieben!)

Um die Essenz der Fahrrad-Selbstbalance zu finden, haben wir uns immer einfachere dynamische Modelle angesehen, bis wir ein minimales Zwei-Massen-Skate-Fahrrad (TMS) gefunden haben, von dem die Theorie uns sagte, dass es selbststabil sein sollte. Dieses Fahrrad hat keinen Kreiseleffekt und keine Spur. Wir haben ein Fahrrad (eine Art Fahrrad) gebaut, das auf der Theorie basiert, um den Punkt zu beweisen.

Dies zeigt, dass die Theorie vorhersagt, dass ihr einfaches Fahrrad ohne Kreisel- oder Spureffekte stabil ist.

Gyroskopische Kräfte und Schleppeffekte tragen jedoch dazu bei, dass Fahrräder stabil bleiben. Dieses Papier zeigt nur, dass auch andere Effekte wichtig sind und dass Fahrräder ohne Kreiselkräfte oder Nachlauf stabil sein können.

Warum kann sich ein Fahrrad selbst balancieren? Eine notwendige Bedingung für die Eigenstabilität des Fahrrads ist (wenn wir die Worte sorgfältig definieren), dass ein solches Fahrrad zu einem Sturz wird.

Diese Situation scheint der von Flugzeugen zu ähneln, wo der Bernoulli-Effekt oft als Ursache des Auftriebs genannt wird, während Flugzeuge ohne ihn fliegen können (zum Beispiel, wenn sie auf dem Kopf fliegen, was einige Flugzeuge tun können). Der Kreiseleffekt hilft sicherlich ein Fahrrad zu balancieren, ist aber nicht notwendig, ähnlich wie der Bernoulli-Effekt hilft, einem Flugzeug Auftrieb zu verleihen, aber nicht notwendig ist.

das ist eher so, als würde man erklären, warum Fahrräder nicht funktionieren
Der Bernoulli-Effekt ist nicht falsch – er verursacht nur die Art von Verwirrung, die Sie haben. Überprüfe hier. Einfacher Rückenflug ist -1G. Eine Cessna 172 wird auf 1 +/- 3G belastet. Ein Extra 300 ist +/- 10G. Der Extra hat ein symmetrisches Flügelprofil. Die Cessna nicht, nur weil sie nicht für Kunstflug ausgelegt ist.
@MikeDunlavey Sie können jedoch mit einem völlig flachen quadratischen Flügel fliegen, der Bernoulli-Effekt ist eine Möglichkeit, die Effizienz zu optimieren. Der Auftrieb entsteht dadurch, dass Luft nach unten gedrückt wird, was passiert, wenn die Luft auf die Unterkante des Flügels trifft und nach unten abgelenkt wird.
Sie haben Recht, dass der Auftrieb (nach oben oder unten) durch Ablenken des Luftstroms entsteht. Die Rolle von Bernoulli besteht darin, den Sog auf der anderen Seite des Flügels bereitzustellen, der die Luft der Oberfläche folgen lässt. Wenn die Luft der Kurve nicht auf beiden Seiten folgen kann, ist der Flügel viel weniger effektiv darin, die Strömung abzulenken. Der Begriff dafür ist "Stall", und es gibt einen bestimmten Anstellwinkel, bei dem er auftritt, etwa 19 Grad.
@MikeDunlavey: Der Follow-the-Curve-Effekt ist der Coanda-Effekt, nicht Bernoulli. Der Bernoulli-Effekt ist der Effekt einer schnell fließenden Flüssigkeit mit geringerem Druck.
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