Pourquoi le vélo ne se renverse-t-il pas en roulant – les principales raisons

À la fin du XIXe siècle, lorsque les bicyclettes ont commencé à être utilisées, il fallait obtenir un permis pour les utiliser. Un comité réputé a été constitué pour enseigner la théorie et la pratique de la conduite automobile, et pour délivrer des plaques d’immatriculation. Personne n’a été autorisé à remettre le véhicule. La raison de cette prudence s’explique par le risque accru que représente la conduite d’un deux-roues. Une personne ordinaire ne peut pas comprendre pourquoi un vélo ne se renverse pas lorsqu’il est en mouvement. Étonnamment, même les physiciens qui étudient le fonctionnement des systèmes à roues ne peuvent répondre sans ambiguïté à cette question simple.

Les analyses théoriques et les expériences de physique ont montré que le moment gyroscopique et le débattement positif de la fourche ne suffisent pas à assurer la stabilité du vélo. En plus de la direction contrôlée, il existe également une direction automatique. De plus, la répartition de la charge joue un rôle essentiel dans le maintien de l’équilibre. Comme vous pouvez le constater, avec la durée de vie assez longue de la moto, de nouvelles qualités sont encore découvertes et affinées.

Pourquoi un vélo ne se renverse pas quand il roule

Pour expliquer la facilité de la tâche, on utilise souvent une métaphore : « c’est aussi élémentaire que de faire du vélo ». En fait, il faut empêcher les moyens de transport de tomber. Au début, on pensait que la bicyclette roulait aux dépens du cycliste. Une personne détecte l’inclinaison de la structure, tourne légèrement le guidon dans la direction de la chute et nivelle le trajet. Mais à grande vitesse, le vélo gagne en stabilité et ne tombe pas, même si le guidon est relâché. Plus tard, des hypothèses ont été émises sur l’action gyroscopique de la roue avant et sur la direction. Mais il s’est avéré que les vélos non guidés et les cyclistes robotisés ne tombent pas non plus.

La principale question concernant la cause de la stabilité est la suivante : qu’est-ce qui provoque la relation appropriée entre l’inclinaison et la rotation ? Il existe un point de vue généralement accepté : l’effet se produit comme une conséquence du couple de rotation (gyroscopique) et de l’extension positive de la fourche. L’action stabilisatrice de la roue avant et la force centrifuge provoquée par la déviation du mouvement par rapport à une trajectoire droite sont des facteurs nécessaires à l’équilibre de la moto.

Du point de vue de la physique

Les scientifiques ont identifié le modèle qui permet aux deux-roues de rester stables. La fourche avant occupe le devant de la scène. L’aménagement consiste à incliner l’axe du guidon par rapport au sol. Le point d’intersection se trouve devant la ligne de contact de la roue du vélo avec la route. Si l’angle de la barre s’écarte de la valeur réglée, une force de réaction est générée qui ramène le transporteur en position. C’est ainsi que le vélo lui-même contribue à maintenir l’équilibre.

Pour effectuer un virage, le coureur doit modifier son centre de gravité. Par exemple, lorsque le vélo est incliné vers la droite, l’essieu avant est également incliné vers la droite et la roue, qui tourne dans le sens des aiguilles d’une montre (vue du dessous), transfère partiellement le couple réactif à l’unité de direction. La force centrifuge tend à faire tourner le volant vers la droite. Pour effectuer le virage, le cycliste se penche sur la gauche, ce qui fait dévier le vélo et les roues vers la droite.

Le deuxième facteur utilisé pour stabiliser le véhicule est la prise de vitesse lors du ralentissement et la direction. L’action stabilisatrice remet les roues dans la bonne position et empêche le vélo de tomber. Un cycliste expérimenté utilise ses mains sur les points de fixation pour se diriger de 2 à 3 mm sur la route.

Effet gyroscopique

La théorie de l’équilibre est basée sur un phénomène physique bien connu, utilisé dans l’espace, l’aviation et la navigation maritime. La propriété d’un objet en rotation de maintenir sa direction de mouvement s’appelle la force gyroscopique. Cette action est observée lorsque l’on conduit un vélo alors qu’il est incliné. Tant que les roues tournent, le véhicule conserve son équilibre et ne tombe jamais. Par exemple, un hélicoptère de Noël ou d’enfant ne « fonctionne » que lorsqu’il tourne. Pour tester cette hypothèse, les physiciens ont créé un vélo de conception spéciale. Une roue supplémentaire était installée à l’avant, qui ne touchait pas le sol et tournait dans le sens inverse. Le résultat de l’expérience a surpris les scientifiques. Le vélo se déplaçait parfaitement et ne tombait pas sans gyroscope.

Ainsi, après avoir confirmé les principaux facteurs qui influencent la stabilité d’un deux-roues en mouvement, les scientifiques discutent encore de nouvelles versions.

Faits intéressants

V.A. Yakubovich

1. La théorie mathématique expliquant la stabilité d’un vélo en mouvement a été proposée par le docteur en sciences V.A. Yakubovich. Le scientifique a expliqué pourquoi un robot autonome contrôlant un vélo n’a jamais été créé. L’information sur les cyclistes mécaniques circulant sur Internet s’est avérée être un faux. Un regard plus attentif sur le cybernéticien a révélé un certain nombre d’astuces. Les inventeurs ont fixé des poids pour accroître la stabilité de la structure, abaisser le centre de gravité et accélérer le vélo d’appartement à des vitesses élevées.

Les adversaires du scientifique prouvent le contraire. Le robot apprend très vite. Cela est dû à la relative simplicité de ses tâches : vous devez seulement apprendre à garder votre équilibre. Il a une capacité que les humains n’ont pas : il réagit instantanément et « secoue » la roue 5 fois par seconde.

2. Un vélo sans conducteur peut se diriger automatiquement pour éviter de tomber », affirment les scientifiques américains. Grâce à des calculs de stabilité linéarisés, les chercheurs ont conçu un vélo dont les roues supplémentaires tournent dans le sens opposé et dont la position du guidon est négative.
3. Le point de vue des psychologues diffère de celui des physiciens. Les sources d’énergie du vélo se trouvent dans la tête du cycliste. Le cerveau humain travaille dur pour nous empêcher de tomber. C’est le subconscient qui maintient l’équilibre du cycliste.

Conclusion

Il est prouvé que le gyroscope et la roulette jouent un rôle important dans la stabilité du vélo lorsque vous roulez. Mais il n’y a pas d’explication claire quant à la raison pour laquelle un vélo ne tombe pas lorsque vous roulez. Il peut y avoir une force supplémentaire, dont la compréhension dépasse temporairement les connaissances actuelles.