La mia chiave di bici una volta scattava all’interno del mio D-Lock, lasciando la mia bici bloccata fuori da stivali fuori. Come studente di Hill College, ero pieno di terrore al pensiero della mezz’ora di camminata fino al sito di Downing la mattina dopo (fino a quando un porter del College Emmanuel mi ha trovato piangere al telefono a mio padre e ho segnato la serratura per me-LifesAver). Con la stragrande maggioranza di noi in bicicletta intorno a Cambridge, è una parte essenziale dell’esperienza degli studenti qui. Ma ti sei mai smesso di capire come funziona una bicicletta e apprezza la fisica dietro questa creazione a due ruote apparentemente umile?
“Più velocemente vanno le ruote, più forte è la forza di ripristino che ti mantiene in posizione verticale”
I meccanici sono piuttosto semplici. Pedala, gira gli ingranaggi ai piedi, tirano la catena che gira la ruota posteriore e va. La modifica degli ingranaggi cambia le dimensioni del COG; Più piccolo è il ingranaggio, più rivoluzioni della ruota posteriore si ottiene per rivoluzione del pedale. Come con la maggior parte delle veicoli a ruote, un ingresso fa sì che le ruote si allunghino e l’attrito tra le gomme e la superficie della strada consente il movimento in avanti.
Laddove una bici differisce da un’auto a quattro ruote è la necessità di equilibrio. C’è una ragione per cui sta fermo, una bici cadrà, ma non mentre si muove. Sebbene fino a una combinazione di fattori come gli aggiustamenti dello sterzo e il centro della massa del ciclista, la spiegazione chiave risiede con una quantità comune in fisica: momento angolare. Allo stesso modo in cui lo slancio tipico significa che gli oggetti piace rimanere così come lo sono (nota la prima legge del movimento di Newton: un oggetto rimane a movimento costante se non a causa di una forza risultante), lo slancio angolare significa che una ruota rotante ama girare attorno allo stesso asse. Questo è noto come effetto giroscopico e ti impedisce di cadere dalla bici fornendo equilibrio. Più velocemente vanno le ruote, più forte è la forza di ripristino che ti mantiene in posizione verticale.
“Una domanda classica di O*Ford Physics Interview ha posto agli studenti che modo un uragano gira. Non è una domanda per il trucco”
Una bici non è l’unico scenario quotidiano spiegato dallo slancio angolare: si insinua in tutti i tipi di storie interessanti, in particolare attraverso la conservazione di esso: un oggetto che non ruota non può semplicemente iniziare a ruotare.
Il concetto di gatti che atterrano su fisici perplessi a quattro piedi per anni perché sembrava violare la conservazione del momento angolare. Fu negli anni ’60 che la NASA si rese conto se si modella un gatto come due cilindri, uno per la schiena e uno per la parte anteriore (un presupposto di fisica medio), che quando il gatto passa da una ‘U’ a un ‘n’ i due cilindri devono aver ruotato in orientamenti opposti, conserva così il momento angolare e il problema è stato risolto.
Una classica domanda di intervista di O*Ford Physics ha posto agli studenti che modo gira un uragano. Non è una domanda di trucco: girano in senso antiorario nell’emisfero settentrionale e in senso orario nel sud. Questo perché la Terra gira più velocemente all’equatore, quindi il vento che viaggia verso i poli “si piegerà” a est per conservare il loro moto angolare, portando a tempeste che si formano nei motivi dati.
Quindi, la prossima volta che vai in salita in salita, capirai perché devi tenere entrambe le mani piantate saldamente sul manubrio: le ruote non si aggirano abbastanza velocemente da fornire abbastanza una forza di ripristino, quindi istintivamente fai più affidamento sulle regolazioni dello sterzo per prevenire una faccia piena di asfalto. E, indipendentemente dalla velocità, indossa il casco!
