garagem do odois

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.

This entry was posted on quinta-feira, julho 16th, 2009 at 15:35 and is filed under Componentes Mecânicos. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. Responses are currently closed, but you can trackback from your own site.