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【自転車が倒れない理由】色々な物理法則から成り立ってるよ

自転車に乗っていると

筆者ふと思うことがあります。

「なんでワタシは転倒することなく、

自転車をこげるんだ!?」

そう思ったのは筆者だけじゃないはずww

その答えは

  • キャスター角
  • 重心位置
  • ジャイロ効果

が大きく関与してるかもしれませんよ。

今回は、

自転車を安定して走るためのヒント

自転車フレーム設計に少し

詳しくなれるかもしれない記事です。

自転車が倒れない理由は面白い

自転車はよく考えられている

自転車という乗り物は、

調べれば調べるほど、

よく考えられた乗り物だと思います。

二本のホイールで前に進めるシンプルな自転車。

そこには幾つもの思想が詰まっています。

力の向きが分かれば何かのヒントになるかも

自転車が倒れないということは、

なにかしらの反作用や重心位置

関係しています。

力の向きや

自転車の仕組みが分かれば

安全に速く乗るためのヒントになるかもしれません。

三本ローラーも倒れない

もくもくと三本ローラーを漕いでいると

「この狭い空間でなぜ倒れずに

漕ぐことができるんだ!?」

と思ったりしませんか?

退屈なワークアウトほど

無駄にそんなことを考えてしまいますよねw

今回はその謎が解けるかもしれませんw

3本ローラー高強度で転倒するのは

物理法則ブレイクスルーした

、、、かもしれないww

ここに書いた以外の作用も

下にかいた、

  • キャスター角
  • 重心位置
  • ジャイロ効果

それ以外にも倒れない理由は

あるかもしれません。

シンプルながらホントに深い自転車!

自転車が倒れないのは?

キャスター角

よくロードバイク乗りが

サドルを持って前に歩き移動する姿

みたことありませんか?

不思議とハンドルを持ってないのに

前に進む自転車。

理由は自転車にキャスター角

つけられているからです。

下の写真すごくシンプルに書いた図になります。

赤線が仮想実線から

ホイール中心垂直線を

トレールと言います。

ハンドルが真っすぐの時は

写真左、

上から見たタイヤ

トレール位置は真っすぐです。

ハンドルを切るとどうでしょう?

力が斜めにずれハンドルを切ったほうに

力が働きます。

ハンドルを切った方向に力が働くと

遠心力反対方向に働き

元に戻ろうとします。

それを繰り返し、

真っすぐ走れるということですね。

オガクズ

ニッチな例えだけど

シーケンサーのカスケード制御と

似てるよね。


なので、トレールの長短でハンドリングも変わってきます。

  • トレール短 クイックなハンドル
  • トレール長 直進安定性が高い

アメリカンバイクは

トレールも長く

簡単に倒れそうもありませんねw

ロードバイクの

フロントフォーク色々あり

極端にしなったものもあります。

*フロントフォークしなった写真イメージですw

こちらもトレール量に関係してきます。

オフセットが長いと単純にトレール量は

増えるため直進安定性が大きくなります。

ただし、タイヤの接地面積が変わってくるため、

直進方向のトルクも変わってきます。

この辺りはメーカーもバランスを考えたうえで

色々な形や角度が産まれてるのかもしれませんね。

*MTBやバイクはフロントフォークしなり以外で

オフセットをとっていたりします。

こちら今回参考にした動画 カウンターステアリングの説明も秀逸です

カウンターステアリング | その背後にある物理とは

Lesics 日本語チャンネル引用

フレームは高重心か低重心か

自転車はバイクと違い

人が重い乗り物です。

重量物をリュックに背負っても

簡単に倒れない自転車。

フレームの重心設計もメーカーや競技で様々。

低重心と高重心で何が変わってくるのでしょうか?

結論から言うと

  • 高重心 モトクロスバイクみたいにクイックに動ける
  • 低重心 直進安定性なアメリカンバイク

上記の違いが出てきます。

まずは、こちらの動画を参考ください。

バイクの重心はコーナリングに影響するのか?

アヒル隊長は初心者ライダーを応援したいチャンネル引用

重心が高いと

動画内メトロノームでたとえられていますね。

バイクだとモトクロスのように

倒しやすくコーナーリングしやすい

バイクになります。

下写真はイメージです。

ただの棒より

上部に重心がある棒だと手で真っすぐ

しやすいはずです。

オガクズ

小学校の掃除の時間に箒で

似たようなことをしませんでしたか?w

低重心バイク

今度は逆に

重心の低いバイクはどうでしょう。

メトロノーム針のように

もどる力が多くはたらき

倒しにくいバイクとなります。

どちらが良いというわけではない

ここからは、筆者の所感が入るのですが、

高重心のバイクはライダーの重心感覚

より試される気がします。

モトクロスバイクしかり、

重心移動させて調整していますね。

まさにこのイメージです。

なのでフレームも倒れないように

絶妙な重心設計がされています。

だって、上記の鉄の玉

めちゃ重かったら操作できる自身ないですよねw

低重心・高重心ともに極端はよくなさそうですねw

ジャイロ効果

実は以前、

自転車が倒れないのはなぜ?

という特集を一度しています。

その一つジャイロ効果

超ざっくり説明すると

コマの回転運動

起き上がる力と

倒れる力に位相差が90度生まれ

繰り返す、、、、といった事ですw

なんのこっちゃですね。

詳しくは下記のリンクに詳しく説明しているので

良ければお読みください♪

まとめ

自転車が倒れないのは、

  • キャスター角
  • 重心位置
  • ジャイロ効果

それ以外も含め

色々な要素で成り立つすごい乗り物ということが

わかりました。

普段無意識に、

真っすぐ走っている自転車。

改めて、どのような物理法則が

力を貸してくれてるのか

考えてみると

何か閃きがあるかもしれませんよ。

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