Evenwicht op je fiets

[Megamind]

Ik zat op mn fiets vanmiddag en vroeg me af hoe het komt dat je veel beter in evenwicht bent als je hogere snelheid hebt... Als je stilstaat val je om maar ga je vooruit dan hoef je eigenlijk geen moeite te doen niet om te vallen. Hoe kan dit? Verschuift het zwaartepunt soms als je harder gaat? Op een scooter is het hetzelfde geval...

[Anoniem: 70162]

je beweegt in de richting van de restvector vanuit je zwaartepunt.

als je stil zit op een fiets heb je zwaartekracht en normaalkracht, deze heffen elkaar op. beweeg je dus maar ietsjes, dan is die beweging/kracht/vector/whatever doorslaggevend en val je om.

als je nou heel hard fietst heb je een flinke vector naar voren, en maakt een kleine kracht naar linksonder of rechtsonder nauwelijks iets uit.

[Confusion]

Als je snel vooruit beweegt, zal een zijwaartse kracht een relatief kleine richtingsverandering veroorzaken, die je gemakkelijk kan corrigeren (en waarvoor je ook meer tijd hebt om hem te corrigeren). Sta je bijna stil, dan veroorzaakt dezelfde zijwaartse kracht een relatief grote richtingsverandering, die moeilijker te corrigeren is / sneller gecorrigeerd moet worden.

Hieruit kan je afleiden dat de zijwaartse krachten die op je werken als je op de fiets zit redelijk onafhankelijk zijn van je voorwaartse snelheid.

[ Voor 6% gewijzigd door Confusion op 10-07-2004 21:14 ]

[WFvN]

We vergeten hier nog een belangrijk aspect.... hoewel niet zwaar, een draaiend wiel heeft een enorme invloed op de stabiliteit. Het gyroscopisch effect van een fietswiel is absoluut niet te verwaarlozen bij een lekkere snelheid.

Verplaatsing van het zwaartepunt is niet het geval; je gaat neem ik aan niet ineens halverwege je fiets hangen.

[ Voor 21% gewijzigd door WFvN op 10-07-2004 21:18 ]

[Henk007]

De draaiende wielen kun je vergelijken met gyroscopen, die hun positie (draaimoment) in de ruimte lijken vast te houden. Het kost kracht om de richting van de as in de ruimte te wijzigen.
Verder corrigeert de fietser continu zijn evenwicht door kleine bewegingen aan het stuur. Door de hieruit voortvloeiende centrifugale schijnkracht wordt de fiets weer rechtop gedwongen.
linkje

[Megamind]

Ah ik snap het nu al een groot deel

Maar ik begrijp dus dat je wel een robot zou kunnen laten fietsen? Probeer maar eens een brommer weg te laten rijden zonder berijder.. Die komt niet ver, terwijl je wel met losse handen kan fietsen

[ Voor 13% gewijzigd door Megamind op 10-07-2004 21:24 ]

[Soultaker]

Het lijkt me sterk dat je minder snel naar opzij zou vallen omdat je toevallig tegelijkertijd een snelheid naar voren hebt. Ik denk dus dat het gyroscopisch effect als enige verantwoordelijk is voor de verplaatsing. Compensatie van de bestuurder heeft er sowieso weinig mee te maken, want je kunt bijvoorbeeld perfect een hoepel laten rollen, ook over oneffen terein, terwijl 'm stil laten staan praktisch onmogelijk is. Een tol werk met hetzelfde principe. In beide gevallen is er geen bestuurder om te compenseren.

edit:
Volgens het linkje hierboven heb ik ongelijk. Het klopt ook inderdaad dat het vrij lastig is om een fiets zomaar te laten rijden zonder bestuurder erop, zelfs als je het stuur vast zet.

[ Voor 17% gewijzigd door Soultaker op 10-07-2004 21:31 ]

[Henk007]

Megamind schreef op 10 juli 2004 @ 21:22: terwijl je wel met losse handen kan fietsen

Ja, dat is een goeie. Ik denk dat de fietser dan de correcties uitvoert door zijn zwaartepunt te verleggen. Het is steeds weer verbazingswekkend tot welke complexe taken het menselijk brein in staat is.

[HunterPro]

ook met losse handen zit je continu te corrigeren.

Een perfect uitgelijnde brommer op een perfecte ondergrond met het stuur vastgezet en het gas vast kan best een eind rijden. Echter die zijn er niet

[Anoniem: 70162]

Soultaker schreef op 10 juli 2004 @ 21:29:
Het lijkt me sterk dat je minder snel naar opzij zou vallen omdat je toevallig tegelijkertijd een snelheid naar voren hebt. Ik denk dus dat het gyroscopisch effect als enige verantwoordelijk is voor de verplaatsing.

als je een touw vanaf een hoog punt naar de grond spant, en je gaat daar (in een leren pak) op liggen, kun je prima naar beneden glijden zonder opzij te vallen, als je maar snel genoeg gaat. geen gyroscoop te bekennen.

[Soultaker]

Anoniem: 70162 schreef op 10 juli 2004 @ 21:31:
als je een touw vanaf een hoog punt naar de grond spant, en je gaat daar (in een leren pak) op liggen, kun je prima naar beneden glijden zonder opzij te vallen, als je maar snel genoeg gaat. geen gyroscoop te bekennen.

Dat weet ik zo net niet. Het lijkt me sterk dat dat lukt zonder te compenseren en als je compenseert kun je ook wel op een horizontaal gespannen touw blijven liggen.

Je kunt tenminste geen blok steen met het zwaartepunt boven het touw eraf laten gleiden; dat gaat geheid mis.

[WFvN]

Soultaker schreef op 10 juli 2004 @ 21:29:
Het lijkt me sterk dat je minder snel naar opzij zou vallen omdat je toevallig tegelijkertijd een snelheid naar voren hebt. Ik denk dus dat het gyroscopisch effect als enige verantwoordelijk is voor de verplaatsing. Compensatie van de bestuurder heeft er sowieso weinig mee te maken, want je kunt bijvoorbeeld perfect een hoepel laten rollen, ook over oneffen terein, terwijl 'm stil laten staan praktisch onmogelijk is. Een tol werk met hetzelfde principe. In beide gevallen is er geen bestuurder om te compenseren.

edit:
Volgens het linkje hierboven heb ik ongelijk. Het klopt ook inderdaad dat het vrij lastig is om een fiets zomaar te laten rijden zonder bestuurder erop, zelfs als je het stuur vast zet.

Een fiets laten rijden zonder bestuurder is echt geen punt hoor..... Ken je het trucje niet? Een groep fietsers gaat van A naar B. Om welke reden dan ook, kan 1 persoon niet meer fietsen (verzwikte poot? gebroken ketting van de fiets?). Fiets wordt dus door een persoon aan de hand meegenomen terwijl een andere persoon de ex-fietser achterop neemt. Op een gegeven moment wordt de ene persoon met 2 fietsen moe van het bukken om het stuur van de extra fiets te bereiken....
Hoe krijg je de fiets tijdens het rijden bij een andere fietser? Gewoon de fiets loslaten en zelf afremmen; eventueel de extra fiets een zetje extra geven en de persoon voor je laten inhalen zodat hij hem over kan nemen.

Afhankelijk van het type fiets zal een fiets echt een flink eind kunnen doorrijden zonder iemand erop.... zolang hij maar vaart heeft.

[Grijze Vos]

Henk007 schreef op 10 juli 2004 @ 21:30:
[...]

Ja, dat is een goeie. Ik denk dat de fietser dan de correcties uitvoert door zijn zwaartepunt te verleggen. Het is steeds weer verbazingswekkend tot welke complexe taken het menselijk brein in staat is.

Zo complex is het op zich niet hoor. Om de een of andere reden merk je dat je naar rechts moet bijsturen, dus stuur je naar rechts bij, of je hangt naar rechts, als je zonder handen fietst. Dat is hetzelfde als dat ik hier typ druk 'pijltje rechts', en dat je dat verwerkt. Zit alleen een miniem beetje extra werk bij.

[WFvN]

Anoniem: 70162 schreef op 10 juli 2004 @ 21:31:
[...]

als je een touw vanaf een hoog punt naar de grond spant, en je gaat daar (in een leren pak) op liggen, kun je prima naar beneden glijden zonder opzij te vallen, als je maar snel genoeg gaat. geen gyroscoop te bekennen.

Zonder actief evenwicht te houden, flikker je er echt wel vanaf hoor!

De vector 'snelheid' alleen is absoluut niet voldoende om iets rechtuit te laten gaan als er ook andere krachten in het spel zijn.
Zolang het zwaartepunt van de persoon boven de kabel bevindt, zal hij inderdaad niet van de kabel afkantelen.... maar zie die perfecte situatie maar voor elkaar te krijgen. Theoretisch heb je gelijk dat het mogelijk is maar praktisch gezien slecht haalbaar (met name naarmate de kabel langer wordt)

[Grijze Vos]

Soultaker schreef op 10 juli 2004 @ 21:36:
[...]

Dat weet ik zo net niet. Het lijkt me sterk dat dat lukt zonder te compenseren en als je compenseert kun je ook wel op een horizontaal gespannen touw blijven liggen.

Je kunt tenminste geen blok steen met het zwaartepunt boven het touw eraf laten gleiden; dat gaat geheid mis.

Ik denk dat het mis gaat in de fase van acceleratie voornamelijk, waar de kleine veranderingen nog grote invloed hebben. Maar menselijke correctie scheelt ook veel. Je voorbeeld van die steen klopt bijv. wel.

[Confusion]

WFvN schreef op 10 juli 2004 @ 21:17:
We vergeten hier nog een belangrijk aspect.... hoewel niet zwaar, een draaiend wiel heeft een enorme invloed op de stabiliteit. Het gyroscopisch effect van een fietswiel is absoluut niet te verwaarlozen bij een lekkere snelheid.

Hoewel dit vaak als verklaring wordt aangevoerd, is dat onjuist. Zie bijvoorbeeld: http://groups.google.nl/g....supernews.com%26rnum%3D1

Onderzoeken van David Jones in de jaren '60 (Stability of Bicycle, Physics Today 23 (1970)) toonden aan dat ook fietsen met een bijgemonteerd tegendraaiend wiel, waarmee het gyroscopisch effect netto werd opgeheven, prima bestuurbaar bleven.

[Anoniem: 36884]

Het gyroscopisch effect dat hierboven wordt genoemd lijkt mij bij een fiets een niet al te grote rol te spelen. Fietsen zijn goed wendbaar en ook op een racefiets met uiterst lichte wielen kan je nog heel gemakkelijk rechtuit rijden.

Wanneer zal je nu met een fiets zeker omvallen? Als je stuur bijvoorbeeld plotseling blokkeert. Een fietser corrigeert met behulp van het stuur voortdurend zijn evenwicht zodat zijn zwaartepunt zo goed mogelijk boven zijn steunpunt komt. Als hij naar rechts dreigt te vallen stuurt hij de fiets naar rechts. Zijn steunpunt gaat dus ook naar echts en wel meer dan zijn zwaartepunt. Deze correcties gaan bij een geoefend fietser uiteraard geheel intuitief.
Zoals hierboven al is gezegd gaan die correcties sneller als hij sneller fietst. Helemaal langs een rechte lijn rijden is op een fiets onmogelijk. De fietser maakt voortdurend een lichte slingerbeweging. Sommige automobilisten hebben dat ook.

[Megamind]

Dus zonder handen stuur je bij met je lichaam, dat kan best kloppen, ik heb wel eens geprobeerd met je benen in de lucht en handen los te fietsen... geen succes..

Is het dan ook zo, hoe harder je gaat hoe minder correcties je hoeft uit te voeren? Want ik heb bij discovery een keer zo'n gast gezien die ging driften achter een auto en iets van 150km/h (oid) haalde, maar hij viel er niet vanaf

btw: proberen met je linkerhand je rechterhandvat te pakken en andersom is ook geen succes...

[ Voor 12% gewijzigd door Megamind op 10-07-2004 21:53 ]

[WFvN]

Confusion schreef op 10 juli 2004 @ 21:45:
[...]

Hoewel dit vaak als verklaring wordt aangevoerd, is dat onjuist. Zie bijvoorbeeld: http://groups.google.nl/g....supernews.com%26rnum%3D1

Persoonlijk vind ik het niet echt overtuigend....

Ze hebben het ondermeer over het verschil in grote en kleine wielen. Tja, met kleinere, lichtere wielen zal je sowiezo harder moeten rijden om hetzelfde gyroscopische effect te krijgen als met grotere, zwaardere wielen.

Onderzoeken van David Jones in de jaren '60 (Stability of Bicycle, Physics Today 23 (1970)) toonden aan dat ook fietsen met een bijgemonteerd tegendraaiend wiel, waarmee het gyroscopisch effect netto werd opgeheven, prima bestuurbaar bleven.

Hm.... leuk experiment. Ook leuk om te lezen hoe het zwaartepunt van belang is op de balans (iets wat ik best geloof overigens). Maar waarom is een vouwfiets dan toch een stuk zenuwachtiger en minder in balans dan een normale fiets terwijl daarbij het zwaartepunt niet zo gek veel verschilt.

[Ultra]

Pas boven een bepaalde snelheid zal het gyroscopisch effect zorgen voor een stabiel evenwicht, onder die snelheid is er sprake van een labiel evenwicht. Dan zal je dus zelf moeten corrigeren
De omslagsnelheid zal wel afhankelijk zijn van fiets en fietser, dus op de ene fiets moet je wat harder gaan dan de ander.
Alweer een tijdje geleden dat ik deze materie tijdens college kreeg voorgelegd, dus misschien kan iemand anders het wat uitgebreider uitleggen

[Anoniem: 43971]

Waarom zou het nou toch moeilijker zijn om een bocht te maken bij hoge snelheid?

[WFvN]

Anoniem: 43971 schreef op 10 juli 2004 @ 22:53:
Waarom zou het nou toch moeilijker zijn om een bocht te maken bij hoge snelheid?

Nou? Waarom? Iets meer diepgang/uitleg/beargumentering kan geen kwaad als je het mij vraagt....

[zetje01]

Megamind schreef op 10 juli 2004 @ 21:10:
Ik zat op mn fiets vanmiddag en vroeg me af hoe het komt dat je veel beter in evenwicht bent als je hogere snelheid hebt... Als je stilstaat val je om maar ga je vooruit dan hoef je eigenlijk geen moeite te doen niet om te vallen. Hoe kan dit? Verschuift het zwaartepunt soms als je harder gaat? Op een scooter is het hetzelfde geval...

Hoe sneller je gaat, hoe groter de effecten van vergelijkbare stuurcorrecties zijn.
Gewoon omdat massa traagheid bezit en altijd rechtdoor wil gaan.
Dus als je langzaam gaat moet je het stuur wel enkele tot tientallen graden draaien om rechtop te blijven.
Ga je heel snel dan zijn stuurcorrectes van minder dan een graad voldoende om rechtop te blijven.
En daar komt dan ook nog eens het gyroscopisch effect van de draaiende wielen bij, wat ook groter wordt naarmate de wielen sneller draaien...

[Rey Nemaattori]

Megamind schreef op 10 juli 2004 @ 21:10:
Ik zat op mn fiets vanmiddag en vroeg me af hoe het komt dat je veel beter in evenwicht bent als je hogere snelheid hebt... Als je stilstaat val je om maar ga je vooruit dan hoef je eigenlijk geen moeite te doen niet om te vallen. Hoe kan dit? Verschuift het zwaartepunt soms als je harder gaat? Op een scooter is het hetzelfde geval...

Volgens mij heeft het te maken met de gyroscopische effecten die je wielen voortbrengen, net zoals dat een draaiend wiel niet of nauwelijk om ver te rkijgen is...

Sturen is, net zoals bij de eerder genoemde hoepel, alleen mogelijk door tegen te hellen. Alleen aan het stuur draaien is een garantie voro beton happen

Soultaker schreef op 10 juli 2004 @ 21:29:
edit:
Volgens het linkje hierboven heb ik ongelijk. Het klopt ook inderdaad dat het vrij lastig is om een fiets zomaar te laten rijden zonder bestuurder erop, zelfs als je het stuur vast zet.

Dat komt om dat je te maken hebt met 2 'gyroscopen' die nimmer dezelfde bewegingen kunnen maken. Ook is het lastig een fiets te accellereren tot say 20 - 30 km/h terwijl je ernaast loopt

Anoniem: 43971 schreef op 10 juli 2004 @ 22:53:
Waarom zou het nou toch moeilijker zijn om een bocht te maken bij hoge snelheid?

Wat dacht je van het feit dat je kinetische energie kwadratisch toeneemt met je snelheid en middelpuntsvliegende & zoekende krachten

[compufreak88]

Megamind schreef op 10 juli 2004 @ 21:52:
btw: proberen met je linkerhand je rechterhandvat te pakken en andersom is ook geen succes...

Neej, hehe. Ik heb dat ook eens geprobeerd, kviel bijna van mijn fiets. Toen liet ik het mijn broertje doen, maar die viel wel

[ Voor 33% gewijzigd door compufreak88 op 10-07-2004 23:15 ]

[Anoniem: 25556]

Dat je je handen niet kunt omwisselen heeft met een andere factor te maken, die zijdelings wel met dit topic te maken heeft.

Mits je frame recht is, kun je met losse handen fietsen. Als je nu je armen kruist en gewoon losjes op je stuur legt, zul je zien dat er niets aan de hand is.

Pas zodra je de handvaten stevig vast gaat pakken gaat het mis. Dit komt imo doordat de mens de fiets ook rechthoudt door continu kleine stuurcorrecties uit te voeren, onbewust. Zodra je je handen kruist en het stuur goed vastpakt, ben je ineens bewust bezig met iets wat je anders onbewust kunt doen (onbewust bekwaam).

Een voorbeeld dus dat het onderbewustzijn beter kan zijn in een handeling dan het bewustzijn.

Een fietsend robotje maken is helemaal niet zo moeilijk overigens. Heb het wel eens met lego gedaan, gaat prima. Je werkt dan idd. wel met een verplaatsend zwaartepunt, zodra de 'fiets' naar links gaat hellen, breng je meer gewicht over naar rechts, en vice versa.

[Sgrovert]

Anoniem: 43971 schreef op 10 juli 2004 @ 22:53:
Waarom zou het nou toch moeilijker zijn om een bocht te maken bij hoge snelheid?

Dit komt omdat je voor een bocht te maken een middelpuntzoekende kracht nodig hebt. Deze kracht kun je op je fiets op twee manieren "ontwikkelen":
1- Door het stuur te draaien
2- Door het zwaartepunt uit het midden te leggen.

1 spreekt voor zich, 2 moet je als volgt zien: als het zwaartepunt precies in het midden boven de twee wielen is, bestaat er een kracht op je lichaam inc. fiets die recht naar beneden wijst.
Als het zwaartepunt niet in het midden is, kun je hem ontbinden in twee factoren, Fz recht naar beneden, plus een kracht naar links (Fl) of rechts (Fr).

Fl en Fr zijn dus de middelpuntzoekende krachten, en zorgen ervoor dat dat je een bocht maakt. Op het moment dat je een hogere snelheid hebt, zal de middelpuntzoekende kracht groter moeten zijn om een bocht te rijden met dezelfde straal, als bij een lagere snelheid. (zie ook post van Rey Nemaattori )

Die middelpuntzoekende kracht kun je dus op twee manieren vergroten:
1- stuur verder draaien, maar draai je te ver, dan "kets je op je bek"
2- je zwaartepunt verder uit het midden leggen (goed te zien als een motorcoureur een bocht rijd).


Om terug te komen op de topicvraag, waarom je op hoge snelheid je evenwicht beter kan behouden is nu ook makkelijk te beantwoorden.
Op het moment dat je stil staat, en je zwaartepunt is niet in het midden, zal er een Fl cq. Fr optreden, en ga je die kant op bewegen. Aangezien je zwaartepunt steeds verder uit het midden raakt, gaat dit proces steeds sneller, en zal je valsnelheid exponentieel toenemen. (exponentieel is hier een schatting, toenemen is zeker).
Op het moment dat je rijdt, en je krijgt een Fl of Fr zal deze als middelpuntzoekende kracht op gaan treden, en zal je een bocht rijden ipv. omvallen.

[Sgrovert]

Anoniem: 25556 schreef op 11 juli 2004 @ 00:19:
Pas zodra je de handvaten stevig vast gaat pakken gaat het mis. Dit komt imo doordat de mens de fiets ook rechthoudt door continu kleine stuurcorrecties uit te voeren, onbewust. Zodra je je handen kruist en het stuur goed vastpakt, ben je ineens bewust bezig met iets wat je anders onbewust kunt doen (onbewust bekwaam).

Denk niet dat het zo werkt, het lijkt me eerder dat je last hebt van positieve feedback,
normaal gesproken weet je dat als je naar een bepaalde kant helt, precies hoe je moet sturen en reageren.
Op het moment dat je je handen kruist krijg je bij hellen dat je automatisch gaat corrigeren, als een soort reflex. Als je bevoorbeeld naar rechts omvalt, weten je hersenen dat ze naar links moeten sturen om niet om te vallen. Op het moment dat je je handen kruist zullen dezen reflexen nog aanwezig zijn. Je lichaam merkt dus dat je om aan het vallen bent en zal corrigeren. Maar omdat je handen nu gekruist zijn, zal je de verkeerde kant opsturen en het effect van het vallen versterken; positieve feedback. Tegelijkertijd zullen je hersenen wel de goede kant op gaan sturen. De reden dat je het toch fout doet, is dat de reflex sneller is.

Dit zal ook de reden zijn waarom fietsen niet samengaat met veel alcohol. Je reflexen, en reactiesnelheid worden lagen, je kan moeilijker je evenwicht bewaren ern je gaat in het gunstigste geval slingeren. Als het wat minder gunstig is krijg je dit effect. (en ik ken iemand die zijn gezicht op straat liet liggen terwijl hij achterop zat.