Hogyan marad egy kerékpár állva mozgás közben? Ez a kérdés mindig is a tudomány egyik rejtélyének számított, amit immár több mint egy évszázada a giroszkópos hatások egy ködös elegyével próbálnak magyarázni.

Az amerikai Cornell Egyetem és a holland Delft Műszaki Egyetem tudósainak elemzése azt bizonyítja, hogy az általánosan elfogadott magyarázatok nem igazán állják meg a helyüket. A nagy valószínűséggel radikálisan új bicikli megoldásokat eredményező felfedezést a Science magazinban tették közzé. Vessünk egy gyors pillantást az általánosan elfogadott nézetre. Az első kerék forgása megakadályozza, hogy a bicikli feldőljön, minél gyorsabban forog a kerék, annál stabilabb a jármű, ezt nevezik giroszkópos hatásnak. Ugyancsak fontos tényező, hogy az első kerék a kormányzási tengely mögött helyezkedjen el.

Ha egy giroszkóp tengelyét megdöntjük egy irányba, akkor egy másik irányba fordul, amikor a kerékpár elkezd dőlni. A giroszkópos hatás hajlamos a kormányt a dőlés irányába fordítani, korrigálva a dőlést és egyenesben tartva a járművet, miközben, ha az első kerék a kormányzási tengely mögött érintkezik a talajjal, akkor igazodni fog a haladás irányához, ahogy a bevásárló kocsik kereke is arra fordul, amerre a kocsit toljuk. Vagyis egy önbeállási hatás jön létre, ami ugyancsak segíti az egyensúly visszanyerését. Mindezt ki is próbálhatjuk. Ha megfelelő sebességgel ellökünk egy kerékpárt, az meglepően sokáig képes gurulni; amikor elkezd balra vagy jobbra dőlni, az első kerék a dőlés irányába kormányozódik, korrigálva a dőlést.

Bár a fent leírt két hatás hozzájárulhat, nem kizárólag ezeknek köszönhető az önstabilitás, ami - mint az a tanulmányból is kiderül - mindkét tényező kizárásával is fenntartható. A kutatók egy matematikai elemzés alkalmazásával megvizsgálták, hogy a különböző tömeg és hosszértékek milyen hatással vannak a stabilitásra és az instabilitásra, az eredményekből pedig azt szűrték le, hogy sem a giroszkópos, sem az önbeállási hatás nem szükséges az önstabilitáshoz.

A bizonyításhoz Andy Ruina, a Cornell géptan professzora holland kollégáival egy olyan biciklit épített, aminek kerekeit egy ellentétes irányba forgó koronggal szerelték fel, hogy kiiktassák a giroszkópos hatást, illetve az első kerék kapcsolódási pontját valamivel a kormányzási tengely elé helyezték, egy negatív önbeállási hatást eredményezve. Amikor útjára indították a kísérleti járművet, az - akárcsak hagyományos társai - kiegyensúlyozta magát, és ha egy kis lökést kapott oldalról, akkor is visszaállította önmagát egyenesbe.

A kutatók 25 különböző tényezőt találtak, melyek befolyásolják egy bicikli stabilitását, azonban dr. Arend Schwab, a Delft szakértője szerint a kritikus tényező a tömeg eloszlása volt, egészen pontosan a kormánymű tömegközéppontjának elhelyezkedése. Dőlés esetén a kerékpár eleje hajlamos gyorsabban dőlni, ezért fordul az első kerék a dőlés irányába. "Ahhoz, hogy egy kerékpár stabil legyen, a kormányműnek instabilnak kell lennie, ha a bicikli eldől, a kormánynak még gyorsabban kell dőlnie" - magyarázta. "Rájöttünk, hogy bármelyik stabil bicikli instabillá tehető csak az önbeállási, csak a giroszkópos, vagy csak a tömegközépponti hatás elállításával. Ennek ellentéteként sok instabil kerékpár stabillá tehető ezeknek a tervezési változók bármelyikének megfelelő beállításával"


Bár a kutatócsoport munkája eredetileg a kerékpárok egyensúlyának természetébe nyújtott volna betekintést, elemzésük tökéletesítheti ezeket a járműveket, melyek alapvető szerkezete semmit nem változott a 19. század vége óta.