Fiets & wetenschap: Hoe maak je een bocht?

bochten op de fiets

Ooit wel eens gerealiseerd hoe ongelofelijk ingewikkeld fietsen eigenlijk is? Balanceren op twee wielen met hele dunne bandjes.. Waarom vallen we niet om en hoe maak je eigenlijk een bocht? De wetenschap geeft het antwoord!

Voordat we dieper op de techniek in gaan, kijken we eerst even beter naar de hersenen. Welke signalen verwerken we bewust en onbewust om rechtop te blijven, nergens tegen aan te rijden en exact aangesneden bochten te rijden?

Als kind hebben we bijna allemaal leren fietsen met zijwieltjes. Zo kon je je concentreren op het trappen en hoefde je nog niet te kunnen balanceren. Na verloop van tijd mag je eindelijk zonder de zijwieltjes. Je ouders rennen achter je aan terwijl je slingerend en vallend je eerste echte meters maakt. Maar waarom val je niet om? Een combinatie van centrifugaalkrachten, de slimme constructie van de fiets met het voorwiel iets schuin naar voren geplaatst en je eigen gecompliceerde, maar perfect werkende evenwichtsorganen zorgen ervoor dat een ogenschijnlijk instabiele constructie verandert in een van de meest efficiënte en verrassend stabiele vervoersmiddellen.

Je hersenen hebben het druk tijdens je eerste fietslessen: je benen in een vloeiende beweging bewegen, je ogen moeten alles in de omgeving waarnemen en verwerken. Je handen moeten continu de instabiliteit opheffen door het stuur in de juiste richting te bewegen en hetzelfde geldt voor je gewichtsverdeling en houding op de fiets. Je leert fietsen door veel te oefenen om het daarna nooit meer te verleren. Je programmeert je hersenen om alle signalen zo te interpreteren dat je fiets precies doet wat jij wil.

Maar heb je er wel eens bij stil gestaan hoe je een bocht maakt? Je eerst reactie zou kunnen zijn: „als ik naar rechts wil, draai ik mijn stuur naar rechts en de rest gaat vanzelf”

Gek genoeg werkt het niet zo.

Als je een rechterbocht wil maken door zomaar je stuur naar rechts te draaien, zul je naar links omvallen, klinkt gek maar het is waar! De centrifugale krachten die optreden in een bocht zullen je omgooien naar links, tenzij je in staat bent de fiets al naar rechts te laten overhellen waarmee je de centrifugaalkrachten compenseert. Leuk natuurlijk zo’n natuurkunde les maar hoe doe je dat dan? Hoe krijg je het voor elkaar dat je fiets naar rechts helt? Heel eenvoudig: door eerst naar links te sturen! Dus om een rechterbocht te maken, stuur je naar links. De centrifugaalkrachten zorgen ervoor dat je naar rechts overhelt en de bocht naar rechts kan gaan maken. Je zou verwachten dat je, eenmaal overhellend naar rechts, wel het stuur naar rechts zal gaan draaien. Fout! Je zult nooit je stuur naar rechts hoeven te draaien. Merkwaardig toch? Probeer het maar eens. Terwijl je rustig fietst, haal je je linkerhand van je stuur en duw je met je rechterhand tegen het stuur. Op deze manier forceer je het stuur naar links en…je valt als vanzelf een rechterbocht in. Je fiets stuurt zichzelf dan als het ware

naloopDit wordt ondermeer veroorzaakt door de constructie van je fiets. Je voorvork staat onder een hoek en daardoor ontstaat „naloop” Dit is de afstand tussen het punt waar je band de weg raakt en het punt waar de stuuras van je fiets denkbeeldig de grond zou raken. De naloop is een van de belangrijkste parameters in het design van een fiets. Als de naloop negatief zou zijn, wordt je fiets erg slecht bestuurbaar. Racefietsen moeten wendbaar zijn en hebben daarom een relatief kleine naloop. Naast wendbaarder wordt de fiets daardoor ook instabieler. Meer comfortabele fietsen hebben een grotere naloop (plaatje)

Het maken van een rechterbocht verloopt dus zo:

Je initieert de bocht door licht tegen te sturen, je duwt het stuur naar links (a,b). Dit zorgt er voor dat de fiets naar rechts overhelt. Zodra dit gebeurt, zullen de naloopkrachten proberen het wiel ook naar rechts te draaien (c) De gyroscopische krachten zullen ook proberen het wiel naar rechts te draaien. Deze krachten zijn groter dan de kracht die je op je stuur uitoefent en je wiel zal zich als vanzelf naar rechts draaien. (d) uiteindelijk draaien de naloop en het giro-effect het wiel naar rechts en kom je in een veilige en stabiele bocht naar rechts (e)fietsen van bochten

De meeste fietsers denken niet na bij het nemen van een bocht, je doet het op gevoel. Dat gevoel is eigenlijk niets anders dan de programmering van je hersenen die jaren geleden heeft plaatsgevonden toen je leerde fietsen. Je hersenen zorgen ervoor dat alle signalen binnenkomen, verwerkt en omgezet worden in een hele knappe besturing. Je eigen gyroscopische autopiloot!

Kun je je hersenen weer herprogrammeren?

Destin Sandlin van „Smarter Everyday” bedacht een experiment om aan te tonen dat je inderdaad je hersenen kan herprogrammeren. Denk je dat je een fiets kan besturen waarvan het stuur precies andersom werkt? Het klinkt eenvoudig maar na jaren van ervaring met normale fietsen is het vrijwel onmogelijk. Je hersenen accepteren het gewoon niet. Destin bedacht dat hij het wilde leren! Na maanden van oefenen lukte het hem. Toen probeerde hij weer op zijn gewone fiets te rijden. Bekijk in dit filmpje het resultaat: The Backward Brain Bicycle

Voor de echte nerds onder ons die de wiskundige achtergrond van fietsen tot zich willen nemen vind je hier de bronnen:

http://socrates.berkeley.edu/~fajans/pub/pdffiles/SteerBikeAJP.PDF

http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/463/2084/1955

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

De volgende HTML-tags en -attributen zijn toegestaan: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>