At holde balancen på en cykel – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > At holde balancen på e...

07. februar 2011

At holde balancen på en cykel

At holde balancen på en cykel

Hej Spørg om Fysik
Vi er en gruppe der arbejder med udvikling af lege på cykel for børn og kom i den forbindelse til at tænke på "hvorfor er det lettere at holde balancen på cykel, når man er i fart"? 

Stabil ligevægt
For at en ting skal være i stabil ligevægt, skal tyngdepunktet være lige under ophængnings- eller understøtningspunktet, f.eks. en hængelampe der hænger ned i ledningen fra loftet. Trækkes lampen ud til siden, vil den svinge, og ende med at hænge med igen at have tyngdepunktet under ophængningspunktet.

Tyngdepunktet er det punkt som tyngden synes at virke. Hver massedel bliver naturligvis påvirket af tyngden, men når man lægger bidragene fra alle massedelene sammen, har ethvert legeme et tyngdepunkt (som i mærkeligt formede legemer ikke behøver at ligge i selve legemet, f.eks. ligger tyngdepunktet af en hat indeni det hule af hatten). Menneskets tyngdepunkt ligger nogenlunde midt i kroppen i nærheden af navlen. Man kan finde tyngdepunktet for f.eks. en mærkeligt udklippet papskive, ved at hænge det op i en tråd og tegne en linie i forlængelsen af tråden, så hænge det op med tråden fastgjort et andet sted, og tegne forlængelsen, skæringspunktet imellem stregerne er tyngdepunktet.

Ustabil ligevægt 

Man kan også have en ustabil ligevægt. Det er når tyngdepunktet er lodret over ophængningspunktet (vi ser bort fra vind og andre ydre effekter). Det kender vi, fra når vi søger at balancere med noget f.eks. en pimd på en fingeren, Der er kun en stilling, hvor vi kan få den til at stå stille. Når vi prøver, bevæger vi fingeren sidelæns for at holde balancen. Det vi gør, er at søge at holde understøtningspunktet lodret under tyngdepunktet for at pinden skal blive stående.

Når vi selv går eller løber kan vi altså forenklet forklare det ved, at vi læner os lidt frem, så vi får tyngdepunktet foran understøtningspunktet (fødderne), for ikke at falde flytter vi så fødderne frem, men lige knapt tilstrækkeligt, så vi stadig er ved at falde, vi flytter fødderne igen, og så er vi i gang med at gå eller løbe.

På cykel er der kun problemer med balancen til siderne. Når vi holder stille, kan vi kun flytte understøtningspunktet meget lidt eller slet ikke ved at dreje styret, skal vi holde balance, må vi bruge kroppen og læne os frem og tilbage. Når vi bevæger fremad på cyklen, kan vi flytte understøtningspunktet ved at dreje styret lidt, så flytter cyklen lidt, og vi holder balancen. Desuden kommer der en lille smule hjælp fra gyroskopvirkningen fra hjulene, idet en roterende genstand yder modstand imod at rotationsaksens retning ændres (det er en lang historie, så den kommer ikke her). Det er altså rimeligt nemt, at holde balancen, når man flytter sig, ved at flytte understøtningspunktet, det er svært, når man står stille. Når vi selv står, bruger vi hele tiden en mængde muskler i ben og ryk for at holde balancen. Det vi skal lære, når man skal lære at cykle, er altså at få vort balanceorgan (i det indre øre) til at mærke, at vi er ved at falde til den ene eller anden side, og så dreje styret ganske lidt imod faldet for at få balancen igen. Når vi først en gang har lært det, kan vi resten af livet, der er oprettet et lille program i hjernen, som tager sig af det, uden vi tænker over det (sådan er det næsten altid, når vi har indøvet noget). Det er altså noget vi normalt kan, med mindre der bliver problemer med balanceorganet, muskelreflekserne eller synet (som også medvirker).

Som en lille sløjfe en meget lang pind falder alt andet lige langsommere end en meget kort af samme type (prøv selv men blomsterpinde). Hvis man går på stylter falder man altså langsommere, når stylterne er høje, end når de er ganske korte. Det er derfor, det er lettere at holde balancen på høje stylter, man har mere tid til at flytte understøtningspunktet, og de lange stylter gør yderligere, at man kan flytte det længere i en bevægelse, så næste gang I ser en mand på høje stylter, skal i måske være mindre imponerede, det er lettere end de korte (men man slår sig også mere hvis man endeligt falder). Anbringer man en pæn klump ler i toppen af en pind, man vil balancere på fingeren, falder den også langsommere, det bliver lettere at holde den i balance, vi har bedre tid til at flytte hånden.

Med venlig hilsen
Malte Olsen