¿Pueden los baches de la carretera excitar las frecuencias propias de los cuadros?

A continuación se muestran un par de gráficos hipotéticos de la respuesta de una bicicleta a la acción de una fuerza motriz a una frecuencia particular.

El poco realista de la izquierda es el tipo de gráfico que llevaría al escenario de la cultura pop en el que la bicicleta se rompe debido a la resonancia. La resonancia tiene que estar en una frecuencia bastante baja para que coincida con la frecuencia de los baches en el camino. Hay muy poca amortiguación (fricción interna en el sistema ciclista), y esto se manifiesta de dos maneras: (1) como era de esperar intuitivamente, la respuesta es mayor porque la energía no se disipa rápidamente en calor; (2) menos intuitivamente, hace que el pico de resonancia sea muy estrecho.

El segundo gráfico se parece más a lo que esperaría de un sistema como el cuadro de una bicicleta acoplado al cuerpo de un ciclista. Debido a que el marco es un objeto complicado, tiene muchas frecuencias resonantes, no solo una, y cada una es bastante débil. Espero que las frecuencias de resonancia sean bastante altas, probablemente de 100 a 1000 Hz y más, porque el marco es rígido y liviano. Hay mucha amortiguación, debido al acoplamiento del cuadro con el cuerpo blando y blando del ciclista, el acoplamiento con los neumáticos y posiblemente también debido a la fricción interna en el cuadro. Esta amortiguación hace que los picos no sean muy altos y también los hace anchos, por lo que se mezclan.

Si desea alguna evidencia experimental sobre esto, tome su bicicleta y golpéela con el puño en varios lugares y en varias direcciones. (Supongo que querrás hacer esto mientras estás sentado, ya que tu cuerpo afecta el sistema con su masa y amortiguación). Si hay resonancias en la región de audio, escucharás esas frecuencias como un sonido audible. Si hay resonancias de baja frecuencia, las sentirá como vibraciones. Puede saber la cantidad de amortiguación en función de cuánto tiempo se mantiene el timbre. Si suena como una campana, tiene baja amortiguación. Si se trata de un ruido sordo rápido o "dink" que se cae de inmediato, tiene una amortiguación alta.

Incluso si asume el peor de los casos del gráfico de la izquierda, el pico es muy estrecho. (Para hacerlo lo suficientemente alto como para destruir la bicicleta, tenemos que hacer que la amortiguación sea lo suficientemente baja para que el ancho se vuelva muy pequeño). Esto significa que el peligro ocurriría solo en un rango de frecuencias muy, muy específico y pequeño. Creo que si la mayoría de nosotros experimentamos esto mientras conducimos, instintivamente reduciríamos un poco la velocidad. Eso haría que la frecuencia impulsora cayera e inmediatamente nos alejaría demasiado de la frecuencia resonante para excitar una respuesta significativa.

Los diseñadores claramente no querrían hacer una bicicleta que vibre con baja amortiguación en respuesta a una fuerza vertical de un bache en el camino. Una bicicleta de este tipo oscilaría hacia arriba y hacia abajo durante mucho tiempo, lo que sería molesto. Incluso en el caso de una bicicleta de montaña que tiene amortiguadores, probablemente haya una tonelada de amortiguación diseñada en los amortiguadores para evitar este tipo de efecto.

Una frecuencia resonante que se encuentra en la superficie de una carretera sería para todo el sistema de la bicicleta, es decir, el cuadro, las ruedas, el ciclista, etc. El ciclista está efectivamente unido al cuadro a través de elementos con propiedades de resorte, amortiguación y control activo (brazos y piernas). Los baches encontrados en una frecuencia específica pueden hacer retroceder al ciclista.

Los cuadros de las bicicletas son bastante rígidos, por lo que cualquier frecuencia de resonancia no amortiguada que tengan sería relativamente alta. Seguro que no a los 10 o más hercios que puede obtener al andar en baches espaciados regularmente.

Supone que todas las estructuras fallan cuando se excitan a frecuencias resonantes. Esto claramente no es cierto, de lo contrario, los instrumentos musicales acústicos se autodestruirían al tocarlos. Ciertamente, hay estructuras donde las resonancias pueden contribuir a dañar las oscilaciones, por supuesto, pero no creo que los cuadros de las bicicletas sufran esto.

Existe un fenómeno llamado Speed ​​wobbles https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_wobble que puede provocar una pérdida de control de la bicicleta. Un bamboleo de velocidad es "una oscilación rápida (4 a 10 Hz) de principalmente solo las ruedas direccionales de un vehículo. Inicialmente, el resto del vehículo no se ve afectado en su mayor parte, hasta que se traduce en una oscilación de guiñada del vehículo de amplitud creciente que produce pérdidas. de control" . El marco no se romperá por esta oscilación, pero debido a la pérdida de control podría ocurrir un choque catastrófico a alta velocidad.

La pregunta es si esas tiras pueden inducir estas oscilaciones y no tengo una respuesta para eso. Probablemente hay suficientes perturbaciones de muchas frecuencias presentes todo el tiempo y el principal problema es inducir la inestabilidad, no obtener la perturbación inicial.

Puede ver un buen video de un ciclista que experimenta un bamboleo de velocidad en

La frecuencia de resonancia es una característica de diseño inmutable. Pero es poco probable que destruya el marco, al menos uno de un constructor de renombre. No haría la misma declaración para un BSO que podría sufrir de soldadura débil y material deficiente.

Sin embargo, lo que experimentó en este tramo de carretera podría no haber sido la resonancia adecuada del cuadro, sino más bien la resonancia del sistema moto/ciclista que causa mucha incomodidad. La forma de tratarlo depende del tipo de bicicleta, con suspensión o sin ella. Y si tiene resortes, ajustar la configuración de los amortiguadores ayudará mucho. Después de todo, es parte de su trabajo.

Con un cuadro y una horquilla rígidos, la frecuencia de resonancia viene dada por el diseño y el material del cuadro. Lo único que se puede cambiar aquí sería el tamaño del neumático dentro de los límites dados por el tamaño de ajuste más grande. Y en cierta medida por la presión de los neumáticos.

Todavía existe la opción de ir mucho más rápido o mucho más lento, como lo haría en un camino corrugado con un vehículo motorizado. Si ha tenido esa oportunidad, significa volar sobre las ondas a gran velocidad o seguirlas sin velocidad alguna.

Además, tome una posición relajada en su bicicleta. No agarres la barra con demasiada fuerza y ​​levanta ligeramente el trasero para mantener más presión sobre los pedales con las bielas en posición horizontal.

(Por último, pero no menos importante, el propósito de estas franjas es reducir la velocidad del tráfico; desafortunadamente, tienden a causar más incomodidad a los ciclistas e interfieren con una trayectoria segura que a los conductores de automóviles, quienes podrían sentirse molestos por el ruido).