Làm thế nào xe đạp có thể đứng thẳng mà không bị ngã?

Đạp xe tưởng chừng là một việc đơn giản nhưng bạn có biết, các nhà khoa học vẫn chưa hiểu được làm thế nào xe đạp có thể đứng thẳng mà không bị ngã? Suốt 150 năm, dù có nhiều nghiên cứu được thực hiện nhưng cuối cùng, người ta vẫn chưa thật sự lý giải được cơ chế đầy bí ẩn này.

Lý giải vì sao xe đạp có thể đứng thẳng mà không bị ngã

Hồi năm 2011, một liên minh các nhà khoa học chuyên nghiên cứu xe đạp đến từ nhiều nước trên thế giới đồng loạt tuyên bố rằng mặc dù đã phân tích suốt 150 năm qua, nhưng vẫn chưa có ai biết được tại sao xe đạp có thể đứng thẳng. Tuyên bố này vấp phải sự hoài nghi từ rất nhiều người trên thế giới. Đáng buồn thay, đó là sự thật. Andy Ruina, một kỹ sư tại Đại học Cornell, Hoa Kỳ cho biết: “Những gì chúng ta chưa biết rất đơn giản: điều kiện cần và đủ để một chiếc xe đạp có thể tự ổn định là gì?”.

Trong quá trình nghiên cứu, các kỹ sư đã lặp đi lặp lại các thí nghiệm thử-sai để tạo nên một chiếc xe đạp cân bằng, ổn định, khó bị ngã khi chuyển động. Về mặt toán học, các kỹ sư đã liệt ra 25 biến số để giúp một chiếc xe đứng thẳng, thí dụ như kích thước bánh xe, phân phối trọng lượng, góc tạo bởi phuộc trước và mặt đường,...

Trước năm 2011, các nhà nghiên cứu chỉ tập trung nghiên cứu 2 yếu tố giúp xe đạp đứng thẳng chứ không phải là 25 như trên đây. Đầu tiên là kích thước “trail”, khoảng cách giữa nơi bánh trước chạm vào mặt đường và giao điểm của phuộc trước với mặt đất. Yếu tố còn lại lực hồi chuyển được khôi phục trên một bánh xe lúc đang quay để giữ nó đứng thẳng.

Giáo sư Ruina và các đồng nghiệp của ông là kỹ sư cơ khí Arend Schwab tại Đại học bách khoa Delft, Hà Lan, Jim Papadopoulos đến từ Đại học Wisconsin-Stout, Mỹ đã cùng nhau nghiên cứu vấn đề này. Họ quyết định không chỉ xem xét dưới góc độ lý thuyết toán học mà sử dụng nó để tạo ra một chiếc xe đạp không thể chạy được. Thật bất ngờ, nó vẫn có thể đứng thẳng được.

Nguyên mẫu xe Bricyle do kỹ sư Ruiba chế tạo nhằm nghiên cứu bí ẩn vật lý đằng sau việc xe đạp đứng thẳng, đồng thời tạo điều kiện phát triển thiết kế xe đạp thế hệ mới​.

Kết quả này càng khiến cho các nhà khoa học đứng ngồi không yên. Cho tới năm ngoái, giáo sư Ruina đã giới thiệu một nghiên cứu của ông cùng chiếc xe “bricyle” - một dạng lai giữa xe đạp bình thường và xe đạp 3 bánh, được trang bị thêm bộ ổn định bánh xe bằng lò xo, cho phép người lái có thể điều chỉnh nhiều cấp độ tương ứng với cảm giác mặt đường. Bằng cách thử nghiệm chiếc xe này, Ruina hy vọng có thêm hiểu biết, giúp tạo ra những chiếc xe đạp dễ điều khiển hơn.

Và cuối cùng, làm thế nào xe đạp có thể đứng thẳng vẫn là một bí ẩn vật lý chưa có lời giải đáp. Nhà nghiên cứu Papadopoulos cho biết: “Tôi nghĩ rằng để có được hiểu biết thật sự về chiếc xe đạp, cần phải kết hợp những nghiên cứu trước đây của chúng tôi, với các nghiên cứu của nhiều bộ óc thiên tài khác. Con người dùng rất nhiều những hành động phức tạp và cả trực giác để đạp xe, giữ cho nó cân bằng. Nhưng ở tốc độ rất chậm, ghi đông dường như vô tác dụng và việc đu đưa đầu gối mới làm cho chiếc xe đứng theo ý muốn".

Thử nghiệm đạp xe ở các tốc độ rất chậm: