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Dinâmica

Todo ano, algum físico ou engenheiro diz ter finalmente conseguido descrever ( matemáticamente) todos os fenômenos que permitem uma bicicleta se equilibrar ( ou um ciclista se equilibrar junto com ela).

Na verdade são diversos fenômenos de dinâmica envolvidos juntos e que juntos permitem que este veículo permaneça em pé. Alguns são simples como a forma do pneu, outros muito complexos como a combinação do ângulo de caster (ângulo entre uma linha perpendicular ao chão e a linha que passa pela caixa de direção) com a posição do centro de massa do conjunto em relação a situação horizontal de menor potencial ( a situação vertical de menor potencial é caido no chão, não confunda!).

Um dos fenômenos mais interessantes ao meu ver, relacionado com este desafio de manter um corpo em equilibrio instável ( o equilibrio estável seria uma criança numa balança e o equilíbrio indiferente seria uma bola num campo plano) é o fenêmeno giroscópio, ou efeito giroscópio.

Trate-se de um conjunto de ações e reações que existe quando uma massa encontra-se girando e que inclui precessão e consevação de momento desta massa. O resultado é uma enorme resistência para alterar a direção do eixo desta massa girante. As fórmulas para descrever não são fáceis de compreender, porém é muito fácil de observar este estranho comportamento.

Quem nunca pegou uma roda sozinha e girou ela bem rapido e percebeu o quanto era difícil mudar ela da vertical para a horizontal?

Para conferir este fenômeno pode-se também fazer um teste bem simples. Com a bicicleta  parada, de um tapa de leve no guidão. Ele ira virar com muita facilidade. Depois repita o mesmo em movimento, dando um tapinha no guidão. O guidão ira virar muito pouco e rapidamente ira retornar ao centro, ou fará um movimento oscilatório amortecido até repousar na posição original.

Em alguns casos, onde a massa fica muito concentrada sobre a roda traseira, ou um ângulo de cáster desfavorável pode fazer o guidão retornar a posição de origem tão rápido que dá origem a um movimento “instável”, ou seja, não repousa sobre uma posição fixa e fica oscilando, inclusive de forma perigosa, como pode ser visto no video.:

Guidão instável

Tudo isso é fruto de alguma forma do efeito giroscópio, que depende da rotação e da massa da roda.

Existem algumas curiosas propostas , como maximizar o efeito giroscópio para tornar a bicicleta muito estável (como apresentado por este físico:Bicicleta com giroscópio), no qual discos de aluminio ou de aço são acelerados a altas velocidades dentro do aro dianteiro.

São tantos detalhes que compõem o elegante equilibrio sobre uma bicicleta , que a maioria das inovações , ou invenções, ao entrarem na fase de protótipo mostrão-se impedaláveis ( unrideble). Isso inclui as milhares de tentativas de fazer bicicletas com rodas traseiras que viram,  centro de massa quase sobre o eixo dianteiro ( algumas bicicletas reclinadas possuem isso e por isso são pedalaveis só em velocidades altas, sendo de difícil equilíbrio em baixas), rodas muito pequenas na frente, ângulo de cáster zero entre outros.

No fim acabam sempre chegando a um desenho muito próximo ao da bicicleta atual, que pela soma destem fenômenos conseguimos nos equilibrar desde crianças.

1 resposta para “Dinâmica”

  1. 7 agosto 2009 as 15:57

    thiago disse:

    Realmente, nas motocicletas é bem mais visível este efeito.

    Iria render um jogo de pilhas e mais algumas planilhas!
    Abrass