Proč při jízdě neupadne (nejenom) RC model motocyklu


 
Následující větou nenapíši nic překvapivého. Jízdě na kole nebo na motocyklu je třeba se naučit. A jakkoli bychom mohli mít pocit, že jízda na motocyklu je obtížnější, pravda je taková, že mnohem těžší je naučit se jezdit na kole.
 

Jízda na kole vlastně není ničím jiným, než sysifofsky téměř neustávajícím procesem vyrovnávání jednoho nedokončeného pádu za druhým, hned na jednu, hned zas na druhou stranu. Snadno si to lze ukázat vzájemným porovnáním stopy předního kola kola (bicyklu) a motocyklu po průjezdu např. kaluží. Stopa předního kola kola (bicyklu) se nepravidelně klikatí, kdežto stopa předního kola motocyklu je víceméně přímá.
 
V tomto příspěvku se budu věnovat popisu i vysvětlování ustálené jízdy motocyklu. Ta odpovídá nejenom značné části doby jízdy RC modelu motocyklu, ale také, aby tohle povídání bylo obecné, jízdě na kole z kopce, tj. bez šlapání. Díky motoru a jeho energii “navíc” nabývá totiž vrchu samostabilizující funkce rotujících kol (setrvačníků) v důsledku působení třecí síly mezi nimi a vozovkou.
 
Abychom to snáze pochopili, vraťme se pomyslně na krátký čas do učebny fyziky na základní škole a pojďme chvilku experimentovat:-)

 

V “boji s gravitací” se u jednostopých vozidel využívá při pomalých rychlostech balancování s polohou těžiště vůči svislé rovině procházející body styku kol s vozovkou. O tom si ale budeme podrobně povídat v popisu, jak se s RC modelem motocyklu zatáčí.
 

Se vzrůstající rychlostí pak postupně, kromě setrvačné a odstředivé síly, nabývá na významu především tzv. “setrvačníkový efekt” kol, což je řada jevů, pro které je společné rovnoměrné rozložení hmoty rotující kolem středu otáčení.
 

Základní vlastností rotujícího setrvačníku je, že se brání změně osy rotace. Lze si to vyzkoušet, jak je patrné z obrázku, velice jednoduchým způsobem - co nejvíce roztočíme kolo, které jsme vyňali z vidlice kola (bicyklu) a uchopíme ho za osu jeho rotace. Při jakékoli změně polohy této osy ucítíme překvapivě značnou sílu “odporu”. Ta bude o to větší, oč rychlejší bude náš pohyb vedoucí ke změně nebo oč vyšší budou momentální otáčky kola (setrvačníku), ev. oč větší bude hmota na obvodu kola (setrvačníku). Výjimkou budou pohyby, kdy kolo neopustí svou stávající rovinu rotace, tj. nebudeme ho naklápět.

Toho se například využívá ke stabilizaci námořních lodi - mohutné setrvačníky brání bočnímu naklápění lodi v důsledku mořských vln, ale nebrání přitom jejímu dopřednému pohybu.
 
Takovémuto uspořádání setrvačníku se říká “gyrostat”a využívá ho např. i model motokrosového motocyklu “RadioShack Honda CR250R“, známý též pod názvem “Honda Ricky Carmichael”, stejně jako jeho pokračovatel model AR Racing ARx-540.
Mohutný setrvačník je zabudován uvnitř zadního kola. Při každé akceleraci mu kolo pomocí odstředivé spojky (viz. obrázek napravo) předává své otáčky, takže setrvačník téměř neustále rotuje naplno a udržuje si svou maximální neochotu ke změně polohy osy své rotace, a to i při úplném zastavení modelu - na internetu si lze prohlédnout řadu videí, kdy po pádu se model okamžitě zvedá opět do svislé polohy, jako by byl pověšený na pomyslné gumičce.
 
Většina z nás se spíše než s pojmem “gyrostat” setkala s pojmem “gyroskop”. Ten bývá obvykle součástí měřících, převážně navigačních přístrojů, např. v letadlech nebo lodích. Od “gyrostatu” se liší tím, že rotující setrvačník je naopak uchycen tak, aby jeho zavěšení bylo nezávislé na pohybu zařízení, ve kterém je umístěn.
 
Existuje ale ještě efektnější pokus, jak ukázat neochotu setrvačníku ke změně polohy - osu kola (setrvačníku) volně uchytíme pouze na jedné straně (já tak učinil pomocí silnějšího provázku). Nerotující kolo pak “logicky” visí tak, že jeho těžiště leží na svislici procházející bodem zavěšení (kde držíme konec niti). Jakmile ale kolo (setrvačník) roztočíme, na této svislici bude ležet nit, ke které je letmo přichycena osa rotace kola (setrvačníku), a to bude “nelogicky” zachovávat svou polohu tak, jak jsme ho nastavili, ať již svisle


nebo šikmo (následující ukázka je důležitá pro porovnání chování kola - setrvačníku, jak si ukážeme dále, pokud na něj působí na jeho obvodě třecí síla),



jako by jeho osa byla uchycena, místo jen v jednom, ve dvou pevných bodech. A kdyby na něj nepůsobila gravitace, kolo (setrvačník) by kolem niti ani nerotovalo. Jak je patrné z následující ukázky, kdy je kolo (setrvačník) roztočeno na opačnou stranu, než v ukázkách předchozích, směr rotace kola (setrvačníku) kolem osy zavěšení vlivem působení gravitace je závislý na směru jeho rotace kolem vlastní osy.



Tímto pokusem jsme si demonstrovali výše zmiňovanou skutečnost, že pokud na kolo (setrvačník) nepůsobí jiná síla, zachovává si svou, byť i naklopenou polohu.

Co se ale stane, začne-li na obvod kola působit třecí síla v místě jeho styku s vozovkou?

Nejprve opět uskutečníme jednoduchý pokus a pak se pokusím co nejjednodušeji popsat, co se při něm s kolem (setrvačníkem) děje. Tento pokus se obvykle předvádí pomocí mince na nakloněné rovině. Já ale pro větší názornost místo mince použil samotné bicyklové kolo.

Velmi zjednodušeně se dá říci, že třecí síla mezi kolem (setrvačníkem) a vozovkou začne kolo (setrvačník) na straně, na kterou je naklopeno, přibrzďovat a kolo (setrvačník) se začne na tu stranu stáčet (zapamatujte si, prosím, tuto situaci, budeme se jí dovolávat, až si budeme vysvětlovat okolnosti chování RC modelu motocyklu v zatáčce). Díky dopředné rychlosti, resp. dopřednému zrychlení kola (setrvačníku) do děje vstupuje setrvačná síla v těžišti (středu) kola (setrvačníku), která těžiště “táhne” dál ve směru původního pohybu a, je-li dostatečná, kolo (setrvačník) přes bod styku s vozovkou překlopí. V okamžiku, kdy se kolo (setrvačník) naklopí na druhou stranu, celý proces se symetricky opakuje.




Jak je patrné z této ukázky, pokud je dopředná rychlost, resp. dopředné zrychlení kola (setrvačníku) malé, pak po několika překlopeních “zvítězí” třecí síla s gravitací nad setrvačnou silou a kolo (setrvačník) upadne. V praxi je občas k vidění projev tohoto jevu např. při závodech motocyklů, pokud z nějakého důvodu spadne jezdec a motocykl pak ještě chvíli pokračuje sám v jízdě, než definitivně spadne.
 



Jak je ale patrné ze druhé ukázky, při vyšší dopředné rychlosti nebo, ještě lépe, při vyšším dopředném zrychlení rotujícího kola (setrvačníku) se každým překlopením natočení kola (setrvačníku) a vlastně celý proces zkracuje a třecí síla mezi ním a vozovkou má na něj jednoznačně samostabilizující vliv. Názorně je to vidět v ukázce RC modelu motocyklu mini Suzuki RM250, kdy drobné zpomalení v důsledku přejezdu překážky model rozkmitá, aby ho následné zvýšení rychlosti opět stabilizovalo.
 

Úprava “padáků” (ochranného rámu) mého modelu umožňuje zmiňovaný samostabilizující vliv třecí síly předvést názorně - valivá ložiska na koncích “padáků” kladou minimální odpor pohybu modelu, takže ten se, jak je patrné z následného videa, bez jakéhokoli zásahu do řízení modelu během krátké doby v průběhu akcelerace (v jejíž důsledku vznikají jak odstředivá síla působící v těžišti modelu, tak třecí síla mezi kolem a vozovkou) z pozice bočního náklonu vzpřímí do svislé polohy a pokračuje pak dál v jízdě v přímém směru.




 
 
Sečteno a podtrženo:
 
RC model motocyklu při jízdě udržuje ve vzpřímené poloze skutečnost, že jeho rotující kola se chovají jako rotující setrvačníky. Jejich účinky pak při rovnoměrné jízdě nebo zpomalování postupně doplňují vlivy setrvačné síly a třecích sil mezi koly a vozovkou.
 
Znamená to, že při zrychlování modelu RC motocyklu z téměř jakékoli polohy dominuje samostabilizující vliv třecí síly mezi dráhou a koly v bodě jejich dotyku, a model tak má snahu se bez zásahu do řízení vzpřímit a pokračovat dál v přímém směru.
 
V ustálené přímé jízdě pak model RC motocyklu neupadne jednak vlivem setrvačné síly, ale především proto, že jeho rotující kola se, coby rotující setrvačníky, brání změně polohy (naklopení) své osy rotace.
 

Při zpomalování modelu RC motocyklu při přímé jízdě pak model neupadne do té doby, dokud kombinace setrvačné síly a samostabilizujícího vlivu třecí síly mezi dráhou a koly v bodě jejich dotyku neklesnou natolik, že již nedokáží “vzdorovat” gravitaci.
 
 

Pokud si chcete s RC modelem motocyklu jen tak zajezdit a máte k dispozici dostatečně velkou plochu (např. veřejné parkoviště), nemusíte se jízdy s ním bát - pokud hrozí pád, stačí jen pustit volant nebo páčku serva řízení na vysílači a přidat “plyn” - model se sám srovná. Horší je to, chcete-li, aby vás model “poslouchal” a jel po vytyčené dráze - tady je ovládání modelu obtížnější, než ovládání RC modelu automobilu, a vyžaduje to od jezdce zručnost a především přesnou a jemnou koordinaci pohybu rukou, kterou nelze získat jinak, než tréninkem.

 

30.6.2007


Co je nového u kamarádů:

MoNaKo - MOdelařina NA KOleně
MoNaKo - veškeré informace (nejen) o modelech lodí
RC.305
RC.305 - stránky věnované RC autům, scale a expedicím.