自転車ミニサイエンス2

前輪系
自転車はなぜ倒れないか自転車の力学と人車一体の力学について

自転車の本質を｢自ら転ぶ車｣と皮肉たっぷりにいった人がい
る。タイヤの２点だけで接地しているその構造は正面から見
れば逆三角形である。地表に接するタイヤを頂点としハンド
ルの長さを底辺とする逆算角形。自ら転ばぬ方がおかしい。

が、人車一体になって走るとなぜか転ばない。その第一は人
のすぐれた制御系がこれをコントロールしているからだ。棒
と輪を組み合わせただけの不安定な器具に人が加わってこれ
をコントロールすることで目覚ましい道具に変身する。

人がなければ自転車は無用の長物である。なぜなら駆動のた
めのエネルギーと制御機能を人にまったく依存しているから
だ。とはいうものの、自転車も自ら転んでばかりはいない。

実は車輪に倒れない力が働いているのだ。自転車とて自立し
ようとしているのである。回転している車輪は常に車軸を水
平に保とうと働く。これをジャイロ効果と呼ぶ。ただしなが
らこの効果は、実をいうと時速７～８km以上でないと期待で
きないのだ。やはり自立に欠けるきらいは否めない。

前輪部は、前ホークがフレームから延びて前輪軸をつかんで
いる。その前ホークは前方にカーブを描いて延びる。これに
よって実は、前輪が傾いたときにある働きをする。前輪が傾
くと前ホークは傾いた方向に首を振る性質が生まれるのだ。

傾きを方向転換の力に変えて自転車を倒れにくくしているの
が前ホークがカーブして理由のひとつである。これを前輪の
重量効果という。もう少し詳しくいうと、ハンドルの回転軸
をそのまま地表へのばした地点よりもやや前方で接地部分に
かかる重量が大きくなるためにこういうことが起こる。これ
は前ホークが前にカーブしていることで与えられたオフセッ
ト効果のためなのだという。

[3]へ続く