Iedereen kent die hilarische filmpjes waarin een fiets er op eigen houtje vandoor gaat. Hoe kan dat? Hoe kan een rijdende fiets rechtop blijven, zelfs als er geen berijder op zit?
Wat ik altijd dacht
Ik heb altijd gedacht dat het antwoord lag in het behoud van impulsmoment van de wielen. Een draaiend object heeft een zogenaamd impulsmoment dat is gericht langs de draaiingsas en dat zijn oriëntatie en grootte wil behouden. Dit wordt ook wel het gyroscopisch effect genoemd.
De draaiende (tand)wielen van de fiets houden verstoringen van de balans tegen doordat de dwars gerichte impulsmomenten niet willen veranderen. Echter, het blijkt dat als de impulsmomenten worden gecompenseerd met tegengesteld draaiende wielen zodat het totale impulsmoment 0 is, de fiets nog steeds zelfbalancerend is!
Wat ook meespeelt
Er is een ander zelfregulerend effect, namelijk het zogenaamde castereffect. Omdat de stuurpin niet helemaal verticaal staat, maar licht naar achter helt, wordt het voorwiel als het ware in de bewegingsrichting gedraaid. Dit zie je nog sterker bij bureaustoelen en winkelwagentjes.
Echter, en nou wordt het raadselachtig, als de stuuras wel verticaal wordt gezet blijft de fiets nog steeds rechtop rijden zonder bestuurder!
Wat dan wel?
In een experimenteel onderzoek uit 2011 door de TU Delft wordt een fiets getoond die zowel geen gyroscopisch als geen castereffect heeft en toch rechtop blijft. De hypothese is dat het de gewichtsverdeling van de fiets is (zwaarder achter, lichter voor) die ervoor zorgt dat hij zichzelf balanceert.
Als het voorwiel naar links beweegt zal de rest van de fiets “uit de bocht vliegen” en naar rechts gaan. Bij voldoende snelheid is die ruk naar rechts zo groot dat het voorwiel ook weer naar rechts wordt geduwd.
Al met al zijn er dus minimaal drie zelfbalancerende effecten aanwezig bij een normale fiets. Ik zou het interessant vinden de relatieve ordegrootte van die effecten te weten. Kan daar ook onderzoek naar worden gedaan?