articole Dinamica Motocicletei - Ce Şi Cum Pune Motocicleta În Mişcare

[green.kecske 593]

Aproape oricare dintre noi, copil fiind, a gustat din “magia” mersului pe cele două roţi ale unei biciclete. La adolescenţă sau maturitate, unii au continuat deplasarea pe două roţi folosindu-se însă de alfel de propulsie, respectiv de motociclete. De capacităţi mai mari sau mai mici, diferite modele şi categorii, mai toate se supun aceloraşi teorii – Dinamica Motocicletei. În acest articol nu mi-am propus să îţi spun doar ce, ci mai ales de ce apar anumite forţe şi reacţii la conducerea unei motociclete, în speranţa că aceste noi informaţii vor contribui la îmbunătăţirea calităţii conducerii motocicletei tale, sau măcar la explicarea, chiar şi parţială, a unor fenomene pe care le-ai observat mai mult sau mai puţin conştient.

 

 

Dinamica bicicletei şi a motocicletei este ştiinţa care se ocupă cu studiul mişcării bicicletelor şi motocicletelor, a părţilor lor componente şi forţelor ce acţionează asupra lor. Subcapitole specifice includ “echilibrul”, “controlul direcţiei”, “frânarea” şi “suspensia”.

Experimentarea practică şi analiza matematică au arătat că un biciclu stă "în picioare" când este în mişcare, ca să-şi ţină centrul de greutate deasupra roţilor sale. "Stabilitatea" este în general aplicată de către "conducător" sau, în anumite situaţii, de către biciclul însuşi.

 

Deşi rămânerea în poziţie verticală ar fi principalul scop al motocicliştilor începători, un biciclu trebuie să se încline pentru a-şi putea schimba direcţia. Cu cât mai mare viteza sau mai mic unghiul angular, cu atât înclinarea necesară este mai mare. Acest fapt este necesar datorită nevoii de a compensa forţele centrifugale cauzate de înclinare.

 

La frânare, depinzând de locaţia combinaţiei centrului de greutate proprii şi a conducătorului în raport cu punctul unde roata din faţă ia contact cu asfaltul, se poate frâna până la derapajul roţii din faţă sau până la ridicarea spatelui în aer.

 

Echilibrul

 

O motocicletă rămâne în poziţie dreaptă atunci când este în mişcare, astfel încât "forţele de reacţie ale pământului" echilibrează exact toate celelalte forţe implicate, cum ar fi cele gravitaţionale, inerţiale şi centrifugale. Stabilitatea unei motociclete poate fi determinată de pilot sau, în anumite condiţii specifice, de motocicletă însăşi. Această "auto-stabilitate" este generată de combinaţia câtorva efecte, care la rândul lor şi acestea depind de geometria, distribuţia greutăţii şi viteza de înaintare. Dimensiunea şi geometria cauciucurilor, suspensia, amortizorul de direcţie şi elasticitatea cadrului pot de asemenea avea o mare influenţă.

 

Dacă controlul direcţiei unui biciclu este blocat, aceasta face controlul să devină imposibil.

 

Giroscopul (introducerea forţelor de precesie şi giroscopice)

 

Precesia este un nume ştiinţific, care descrie cum o roată ce se roteşte reacţionează dacă axul central este mişcat în spaţiu. Dând un impuls axei de rotaţie, roata ce se învârte, sub influenţa forţelor de precesie, va avea tendinţa de a se mişca într-o direcţie la 90 de grade faţă de direcţia iniţială a impulsului. Mai mult, direcţia impulsului este dictată de ceea ce fizicienii şi experţii în mecanică numesc "regula mâinii drepte" sau a "burghiului". Această tendinţă a precesiei este în strânsă legătură cu conservarea momentului unghiular. În termeni obişnuiţi, aceasta înseamnă că orice obiect ce se roteşte în jurul axei proprii are tendinţe giroscopice şi este mai stabil raportat la propria axă de rotaţie şi, în caz că este deviat, forţele de precesie vor cauza o mişcare în direcţia 90 grade faţă de planul iniţial al axei de rotire.

 

Deoarece "precesia" este de fapt o acţiune, frecvent se fac multe confuzii. Giroscopul, pe de altă parte, este un lucru fizic şi familiar tuturora, aşa că a discuta despre "acţiunea giroscopică" pare a avea mai mult sens pentru majoritatea dintre noi. Astfel, în multe lucrări scrise, se găsesc referiri la bicicluri ca "anularea precesiei", sau chiar doar modificarea ca "zero giroscop", în realitate trebuind a fi menţionat că aceste exprimări sunt un fel de "erori tehnice". Acţiunea unui giroscop nu poate fi adusă la "zero absolut". Legile lui Newton şi conservarea momentului unghiular sunt referinţe din ştiinţa clasică a mecanicii. În schimb, putem discuta despre 2 giroscoape ce pot fi concepute a se roti în sensuri diferite, pe acelaşi ax sau axe paralele, numeroase proiecte fiind realizate de-a lungul timpului, în căutarea demonstrării practice a diferitelor efecte, forţe şi anularea lor reciprocă.

 

Viteza de înaintare

 

Cu cât o motocicletă înaintează mai repede, cu atât mai mică este forţa necesară pentru readucerea roţilor în axul centrului de greutate.

 

Metacentrul

 

Cu cât centrul metacentric sau centrul de greutate rezultat din combinaţia motocicletă-pilot este mai îndepărtat faţă de roata din faţă, cu atât aceasta trebuie să se mişte mai mult lateral pentru păstrarea echilibrului. Prin corenspondenţă, cu cât metacentrul este mai apropiat de roata din spate, cu atât o mai mare mişcare a roţii din faţă va fi necesară pentru păstrarea echilibrului. Acest lucru poate fi uşor observat în cazul chopperelor.

 

Un biciclu este un exemplu de "pendul inversat". Astfel, o coadă de mătură este mai uşor de ţinut în echilibru decât un pix, o motocicletă mai inaltă poate fi mai uşor de ţinut în echilibru, deoarece rata sa de înclinare va fi mai mică.

 

Trail

 

Trailul este unul dintre cei mai importanţi factori în cadrul dinamicii motocicletei, ce influenţează cât de uşor sau greu o motocicletă va fi de controlat în viraje. Valoarea sa este dată de distanţa dintre punctul de contact al roţii faţă cu suprafaţa pământului şi proiecţia furcii faţă pe planul de rulaj.

 

În construcţia tradiţională de motociclete, furca faţă este înclinată faţă de verticală, trailul făcând ca roata din faţă să se mişte singură către direcţia de înclinare, independent de viteza de înaintare. Acest fapt poate fi uşor observat la înclinarea staţionară a unei motociclete, atunci când furca faţă se va îndrepta spre partea de înclinare, iar răspunzătoare de aceasta fiind forţele de atracţie gravitaţională.

 

Cu cât trailul este mai mare, cu atât senzaţia de stabilitate este mai pronunţată. Motocicletele cu trail negativ, chiar dacă încă posibil de strunit, vor creea o senzaţia de foarte mare instabilitate. Un trail prea mare pe de altă parte va duce la prea multă stabilitate, ce se transformă deja în greutate de manevrare.

 

La diminuarea trailului mai ajută un factor şi anume rakeul, adică distanţa dintre planul furcii faţă şi punctul său de prindere sau rotire. Relaţia matematică poate fi descrisă cu ajutorul urmatoarei formulări matematice: trailul poate fi mărit prin mărirea diametrului roţii faţă, descreşterea unghiului furcii sau a rakeului.

 

Efecte giroscopice

 

Rolul efectului giroscopic este de a ajuta îndreptarea roţii faţă către direcţia de înclinare. Acest fenomen, cum am mai amintit, se mai numeşte şi precesie, rata cu care un obiect precesează fiind invers proporţională cu rata de rotaţie. Cu cât roata faţă se va învârti mai încet, cu atât mai repede ea va precesa atunci când motocicleta va fi înclinată într-o parte sau alta şi reciproc. Roata din spate este scutită de efectul forţelor de precesie, ca în cazul roţii din faţă, datorită frecării cu suprafaţa de rulaj şi va continua să se încline ca şi cum n-ar exista rotaţie. La viteze de înaintare mici, precesia roţii din faţă este prea rapidă, contribuind la tendinţa incotrolabilă a motocicletei de a supravira, de a începe în cealalată parte şi până la urmă intrând în oscilaţie şi căzând. La viteze ridicate de înaintare, precesia în general este prea mică, contribuind la tendinţa incotrolabilă a unei motociclete de a subvira, care până la urmă poate rezulta în cădere, chiar fără atingerea poziţiei verticale. O motocicletă condusă cu viteză ridicată va creea senzaţia de stabilitate, chiar dacă nu este "autostabilă" şi ar putea cădea dacă ar fi "necontrolată".

 

Voblaj şi trepidaţii

 

La viteze ridicate, o motocicletă poate intra în voblaj sau trepidaţii, când roata din faţă începe spontan să oscileze lateral. Aceste voblaje pot fi în general contracarate cu uşurinţă, prin încetinirea vitezei de rulaj, schimbarea şi ajustarea poziţiei pilotului, sau relaxarea forţei de susţinere a furcii faţă, însă nu trebuie uitat faptul că la viteze ridicate acestea pot deveni fatale.

 

Motocicletele se confruntă cu două  mari probleme adiţionale de stabilitate:

 

- Voblajul - o oscilare a roţii faţă cu o frecvenţă ridicată (7-9Hz). În general benignă, dar supărătoare şi uneori înfricoşătoare dacă pilotul nu a mai experimentat-o în trecut. Poate apărea în general la viteze moderate.
- Weaving - o oscilare cu o frecvenţă mai scăzută (2-3Hz), însă a întregii motociclete, ce poate duce la instabilitate la viteze ridicate şi de cele mai multe ori cu rezultate fatale.

 

 

Designul unei motociclete poate influenţa comportamentul şi respectiv stabilitatea unei motociclete, după cum urmează:

 

- Rigiditatea cadrului – rigiditatea laterală şi de torsiune a cadrului, elasticitatea acestuia putând intra în rezonanţă cu ocilaţiile de tip weaving, la viteze ridicate.
- Geometria – influenţa trailului. Distorsiunile laterale pot fi controlate prin plasarea axei torsionale a furcii faţă cât mai jos posibil.
- Suspensia – telescoape pe furca spate degradate amplifică tendinţa de waving, în special pe viraje strânse.
- Cauciucurile – cele mai pronunţate efecte la abordarea unui viraj sunt date de caracteristicile cauciucului roţii spate, forma şi compoziţia sa, rigiditatea curburii (rezistenţa la deformare), în plan longitudinal şi trasversal. Presiunea de umflare influenţează de asemenea comportamentul unei motociclete la viteze ridicate.
- Încărcătura – o încărcare cu greutatate a părţii din spate a unei motociclete amplifică tendinţa de weaving. Ansambluri de furci spate cu rigiditate sporită şi telescop de calitate au fost folosite cu succes în ameliorarea weavingului şi “voblajului”.

Frânarea

 

Frânarea este dată preponderent de către roata din faţă. Dacă frânele în sine sunt suficient de performante, roata din spate poate fi cu uşurinţă blocată, în timp ce roata din faţă oferă destulă aderenţă pentru a bascula pilotul, sau chiar motocicleta peste roata din faţă. Aceasta se mai numeşte şi "stoppie".

 

Oricum, motociclete lungi cum ar fi cruiserele pot bloca şi roata din faţă, cauzând o pierdere a abilităţii de păstrare a echilibrului. La polul opus, ridicarea roţii din faţă datorată acceleraţiei poartă denumirea de "wheelie". Ambele cazuri sunt în general nefolositoare, dacă nu chiar periculoase conducerii normale a motocicletelor, ele fiind mai degrabă considerate cascadorii.

Editat 9 Septembrie, 2015 de green.kecske