Equilíbrio e Dirigibilidade

Andar de bicicleta, para a maioria das pessoas, parece tão natural quanto caminhar. Não é fácil imaginar que este tipo de locomoção envolve uma complicada dinâmica, que ainda é discutida pelos cientistas hoje em dia. Nós sabemos que o mecanismo de transferência da força humana através dos pedais é responsável pelo início da locomoção em uma bicicleta. Mas o que faz uma bicicleta ir em frente? Porque ela se mantém equilibrada?

Centro de Gravidade

A maioria de nós ainda lembra as nossas primeiras experiências, tentando nos equilibrar em nosso primeiro par de rodas. Equilíbrio é uma parte essencial do nosso treinamento inicial. Também é um aspecto importante na técnica de ciclismo a nível profissional.

Quando uma ciclista sobe na bicicleta o seu centro de gravidade fica mais alto, na medida em que ela e o seu peso são alçados e acrescentados ao peso próprio da bicicleta. Uma bicicleta com um ciclista em cima tem o centro de gravidade elevado e é um objeto instável, enquanto estacionário.

Ação Giroscópica

A geometria das rodas e a velocidade em que se deslocam são, também, fundamentalmente importantes para o equilíbrio. É ai que o termo "giroscópico" se aplica; é relacionado ao movimento circular das rodas. Alguns cientistas acreditam que a ação giroscópica é primariamente responsável por manter a bicicleta estável. De fato, uma roda em movimento é mais estável quando está girando mais rápido. A importância relativa das forças em ação muda com a velocidade na qual a roda gira. Uma roda girando mais rápido sofre mais o efeito de forças laterais (como o vento lateral), afetando mais o movimento para a frente.

As características de dirigibilidade dependem da velocidade da bicicleta, bem como das relações geométricas do quadro e das rodas. Enquanto em baixa velocidades o angulo da caixa de direção pode ser muito grande, acima de 10 milhas por hora (16 Km/h) por exemplo, um angulo de poucos graus é suficiente para tombar a bicicleta e o ciclista.

O interessante é que muitos cientistas estão totalmente em desacordo sobre, até mesmo, os fundamentos do equilíbrio e da dirigibilidade. Alguns dizem que um alto centro de gravidade é benéfico para a estabilidade, enquanto outros defendem um baixo centro de gravidade. Alguns insistem que a ação giroscópica é responsável pela estabilidade, outros dizem exatamente o contrário.

Notícias Perturbadoras

Uma série de experimentos realizados pelo cientista britânico David Jones está no centro da discórdia entre os cientistas. Jones foi o pioneiro do projeto URB, uma estudo no qual ele tentou construir uma bicicleta impossível de guiar. Ele pretendia cancelar a ação giroscópica da roda dianteira de uma bicicleta montando uma roda ao lado daquela, girando em sentido contrário. Jones descobriu que o cancelamento da ação giroscópica não afetou a habilidade de guiar e que a estabilidade global da bicicleta não foi afetada. Em outro experimento, desta vez usando uma bicicleta sem ciclista, Jones descobriu que a ação giroscópica tornava a bicicleta mais estável. Isso indica que o centro de gravidade (que muda com a adição ou subtração do peso de um ciclista) pode ter um papel significativo na estabilidade. O projeto URB foi uma demonstração poderosa, pois aparentemente dissipou uma concepção popular na qual o efeito giroscópico das rodas resultava no movimento estável.

Fazendo a Curva

Fazer uma curva em uma bicicleta é fácil, comparando-se com explicar o que você faz para fazer a bicicleta mudar de direção. A sua posição, a posição da bicicleta e a posição da roda dianteira, tudo isso faz diferença. Nos nossos experimentos com bicicletas, o "staff" do Exploratorium descobriu que você pode iniciar uma curva para um lado, direcionado a roda para o outro lado. Os motociclistas chamam isso de "counter-steering", um pequeno toque no guidom para um lado para iniciar a curva para o lado oposto.

Tente você mesmo. Guie sua bicicleta em linha reta através de uma área aberta, com pouco trânsito. Movendo-se com uma velocidade moderada, dê um leve toque no guidom para a direita. Note que a bicicleta e o seu corpo são jogados para a esquerda e você tem que virar à esquerda para se manter equilibrado.

Você pode examinar a trilha de sua bicicleta passando através de uma poça d'água para molhar os pneus e, em seguida, fazendo uma curva fechada para a esquerda. Observe a trilha deixada e note que o pneu dianteiro oscila ligeiramente para a direita e, então, para a esquerda.

Peça a um amigo para fazer uma curva fechada e observe a sua roda dianteira e o seu guidom, enquanto ele vira. Você pode notar que ele vira o guidom levemente para a esquerda antes de virar à direita, e vice versa.

No Exploratorium, nossos experimentos nos convenceram de que você vira a roda para a direita para jogar seu peso para a esquerda. Para mudar de direção você precisa da ajuda de uma força externa à você e à bicicleta. Tentar mudar de direção sem a ajuda de uma força externa é como tentar suspender você mesmo puxando os próprios cadarços dos sapatos. Não funciona.

Quando você vira a roda dianteira para a direita sua bicicleta se dirige para a direita, mas o seu corpo tende a continuar indo em frente. Se você está se deslocando rápido e vira a roda abruptamente, a sua inércia pode fazer você e sua bicicleta se separarem, quando sua bicicleta faz a curva e você continua em linha reta. Se você vira a roda menos abruptamente você ainda sente o efeito da inércia: sente como se fosse jogado para a esquerda. Um observador externo, como o que desenhou a figura abaixo, veria que o empurrão para a esquerda é, na realidade, apenas a sua tendência de se manter em linha reta, interrompida pela mudança de direção da roda da bicicleta. Esse "empurrão" permite você inclinar a sua bicicleta rapidamente e fazer uma curva fechada.

Uma vez que uma bicicleta está num constante estado de desequilíbrio, um ciclista pode, também, iniciar um curva simplesmente tirando vantagem do início de uma queda para um lado e transformar essa queda em uma lenta curva.