¿Puede la ciencia explicar cómo funcionan las bicicletas?

De 8 preguntas simples que no creerás que la ciencia no puede responder :

  1. Las bicicletas tienen que ser diseñadas casi en su totalidad por la intuición y la experimentación.
  2. Se ha demostrado que los conceptos físicos utilizados para explicarlos (efectos giroscópicos y de rueda) son irrelevantes.

Artículos como estos eligen una actitud pesimista/condescendiente al afirmar esto. ¿Cuál es el estado actual? ¿Tiene la ciencia un modelo para explicar cómo se equilibran las bicicletas?

Universidad de Delft y Cornell: Bicicleta TMS, estable sin giroscopios ni rastro (Video); El documento y el material de apoyo se pueden encontrar aquí.
Creo que el enlace de Oliver detalla bastante bien que se entienden los principios científicos, y el ejemplo de Vinayak completa el cuadro.
"Ciencia y Tecnología" no es un pleonasmo.
Cracked (la fuente de la operación) se destaca (y uso ese término vagamente) para la sátira y el humor ... no para la investigación científica.
@Chad: sin embargo, Cracked parece tener en cuenta la mayoría de sus fuentes para las afirmaciones del artículo y se presenta de una manera humorística, pero de no ficción.
Las bicicletas no se equilibran solas: si se las deja solas, por lo general se caen rápidamente. A las bicicletas que usan las personas les resulta fácil mantener el equilibrio, pero ese es un sistema mucho más complejo que solo una bicicleta e implica una gran cantidad de retroalimentación . La estabilidad es mucho más una propiedad de la retroalimentación que de la bicicleta, entonces, ¿qué es exactamente lo que no podemos explicar?
@RobZ - Sin embargo, sus fuentes no están realmente de acuerdo con la conclusión del autor ... Pudieron crear una bicicleta que funcionaba de manera similar que no dependía de las fuerzas estándar utilizadas por las bicicletas. Eso no significa que no sepamos cómo funcionan las bicicletas convencionales o que debamos estudiar la geometría y la física tal como las conocemos.
Cuando los efectos del giroscopio se vuelven perceptibles, es una sensación extraña. Pero necesitas una moto pesada y que corra a unos 60 km/h o más. Se siente como ser una bala, porque de repente casi no tienes la capacidad de cambiar de dirección (es decir, cambiando el peso; por lo tanto, uno necesita aprender la técnica de contradirección).

Respuestas (1)

Según este artículo (gracias a Oliver_C por publicarlo), puede ver claramente que los físicos entienden su comportamiento (¡escribieron un artículo al respecto!)

Para encontrar la esencia del autoequilibrio de la bicicleta, analizamos modelos dinámicos cada vez más simples hasta que encontramos una bicicleta mínima de patines de dos masas (TMS) que, según la teoría, debería ser autoestable. Esta bicicleta no tiene efecto giroscópico ni rastro. Construimos una bicicleta (más o menos) basada en la teoría para probar el punto.

Esto muestra que la teoría predice que su bicicleta simple será estable sin efectos giroscópicos o de estela.

Sin embargo, las fuerzas giroscópicas y los efectos de estela SÍ ayudan a que las bicicletas permanezcan estables. Este documento solo demuestra que otros efectos también son importantes y que las bicicletas pueden ser estables sin fuerzas giroscópicas ni rastros.

¿Por qué una bicicleta puede equilibrarse sola? Una condición necesaria para la autoestabilidad de la bicicleta es (una vez que definamos las palabras con cuidado) que dicha bicicleta se caiga.

Esta situación parece similar a la de los aviones, donde el efecto Bernoulli se cita a menudo como la causa de la sustentación, mientras que los aviones pueden volar sin él (por ejemplo, cuando vuelan boca abajo, lo que pueden hacer algunos aviones). El efecto giroscópico ciertamente ayuda. equilibrar una bicicleta, pero no es necesario, al igual que el efecto Bernoulli ayuda a levantar un avión, pero no es necesario.

eso es más como explicar cómo no funcionan las bicicletas
El efecto Bernoulli no está mal, solo causa el tipo de confusión que tienes. Chequea aquí. El vuelo invertido simple es -1G. Se destaca un Cessna 172 para 1 +/- 3G. Un Extra 300 es +/- 10G. El Extra tiene un perfil aerodinámico simétrico. El Cessna no lo hace, solo porque no está diseñado para acrobacias aéreas.
@MikeDunlavey Sin embargo, puedes volar con un ala cuadrada completamente plana, el efecto Bernoulli es una forma de optimizar la eficiencia. La sustentación proviene de forzar el aire hacia abajo, lo que sucede cuando el aire golpea el borde inferior del ala y se desvía hacia abajo.
Tienes razón en que la elevación (hacia arriba o hacia abajo) proviene de desviar la corriente de aire. El papel de Bernoulli es proporcionar la succión en el otro lado del ala que hace que el aire siga la superficie. Si el aire no puede seguir la curva en ambos lados, el ala es mucho menos efectiva para desviar el flujo. El término para eso es "bloqueo", y hay un ángulo de ataque específico en el que ocurre, alrededor de 19 grados.
@MikeDunlavey: El efecto de seguimiento de la curva es el efecto Coanda, no Bernoulli. El efecto Bernoulli es el efecto de flujo rápido de fluidos con menor presión.
¿Puede la ciencia explicar cómo funcionan las bicicletas?
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