چرا در موتوجیپی تقریباً با تماس به زمین پیچ برمیگردند؟

این صفحه را به اشتراک بگذارید
موتورهای موتو جیپی در پیچ میتوانند بیش از ۶۰ درجه و حتی تا ۶۵ درجه از حالت عمودی خم شوند؛ راز سقوط نکردن آنها، تعادل کامل نیروی گرانش و نیروی پیچ است و چسبندگی فوقالعادهی لاستیکهای مسابقهای که میتوانند از پس این خم شدگی عظیم بربیایند. یعنی راننده در واقع آکروباتازی انجام نمیدهد، بلکه سریعترین مسیری که فیزیک خالص اجازه میدهد را دنبال میکند. چطور؟ بیایید قدم به قدم توضیح دهیم، چون این موضوع واقعاً مرا هیجانزده میکند!
نکات برجسته
- ماشینهای موتو جیپی در پیچ تا ۶۵ درجه میتوانند خم شوند؛ در حالی که مرز آسایش طبیعی انسان تنها ۲۰ درجه است.
- رانندگان مسابقه با لاستیکهای اسلیک میتوانند به ۱/۲ جی یا بیشتر برسند؛ موتورسواران معمولی معمولاً در محدوده ۰/۴ تا ۰/۵ جی باقی میمانند.
- تکنیک کشیدن زانو در دههی 1970 رایج شد و کشیدن آرنج تکامل طبیعی آن بود.
- رانندگان در واقع خم شدگی شدید را نمیخواهند؛ آنها خم شدگی را کنترل کرده و ترجیح میدهند در خروج از پیچ سریع صاف شوند.
نیروی مرکزگرا در پیچ چه کاری انجام میدهد؟
حالا بیایید به جیغترین بخش ماجرا بپردازیم. وقتی یک موتورسیکلت وارد پیچ میشود، نیاز عظیمی به نیرویی به سمت مرکز چرخش ایجاد میشود - ما به آن نیروی مرکزگرا میگوییم. چه چیزی این نیرو را تأمین میکند؟ چسبندگی لاستیک روی جاده. راننده نیز حس هل داده شدن به بیرون این نیرو را به وضوح در بدنش تجربه میکند؛ انگار کسی او را به سمت بیرون پیچ هل میدهد.
اما چرا موتورسیکلت خم میشود؟ دقیقاً در همینجا فیزیک وارد عمل میشود: وقتی گرانش میخواهد موتورسیکلت را به داخل بیندازد، نیروی پیچ سعی میکند آن را به بیرون هل دهد. تعادل این دو نیرو تنها زمانی ممکن است که موتورسیکلت خم شده باشد. با افزایش سرعت، نیروی پیچ بزرگتر میشود، بنابراین موتورسیکلت برای پایدار ماندن مجبور است بیشتر خم شود. در حالی که یک پیچ پهن با سرعت کم با خم شدگی کم گرفته میشود، همان پیچ با سرعت بالا هندسهی کاملاً متفاوتی میخواهد.
نکتهی جالب ماجرا این است: در یک سرعت و شعاع پیچ مشخص، نیروی مورد نیاز ثابت است. یعنی حتی اگر زاویهی خم شدگی را تغییر دهید، نیروی لازم برای چرخیدن تغییر نمیکند - خم شدگی، شیوهی متعادل شدن آن نیرو است. بگذارید یک تشبیه بزنم: اگر با دوچرخه آرام از یک پیچ تنگ بچرخید کمی کج میشوید، و اگر بخواهید همان پیچ را سریع بچرخید، بدنتان به طور خودکار بیشتر خم میشود. در موتو جیپی هم دقیقاً همین اتفاق میافتد، فقط سرعتها و زاویهها در نقاط اوج هستند.
چسبندگی لاستیک چگونه در ۶۵ درجه دوام میآورد؟
فیزیک اصطکاک در واقع با فرمولی کاملاً ساده توضیح داده میشود: نیروی اصطکاک برابر است با ضریب اصطکاک ضربدر نیروی عمودی. یعنی چسبندگیای که میتوانید به دست آورید، با کیفیت لاستیک و سطح و بزرگی بار وارد شده بر لاستیک تعیین میشود. ضریبهای اصطکاک اوج اندازهگیری شده روی سطح خشک حدوداً در حدود ۱/۲ حرکت میکنند - اسلیکهای مسابقهای در این محدوده بازی میکنند، در حالی که لاستیکهای معمولی خیلی عقبتر هستند.
بگذارید مفهوم جی را هم توضیح دهم چون برای درک اینکه این تفاوت چقدر چشمگیر است به آن نیاز دارید. جی یعنی شتابی که بر حسب مضارب نیروی گرانش اندازهگیری میشود. یک موتورسوار معمولی جادهای در پیچ معمولاً در محدودهی ۰/۴ تا ۰/۵ جی کار میکند. یک رکابزن MotoGP اما با لاستیکهای اسلیک خود میتواند از 1.2 گرم فراتر برود. یعنی نیرویی که روی زمین به شما میچسبد و شما را به طرفین فشار میدهد، حتی از جاذبه هم قویتر میشود. من آن را به کپسولهای سانتریفیوژ در تمرینات فضانوردان تشبیه میکنم، فقط این بار فرمان، فرمان یک پروتوتایپ MotoGP است.
دایره کام: بودجهی چسبندگی
چسبندگی لاستیک را مثل یک بودجهی واحد تصور کنید: نیروهای ترمز، گاز دادن و پیچیدن همه از یک بودجه خرج میشوند. به مدل کلاسیکی که این را توضیح میدهد، دایره کام میگویند. ظرفیت لاستیک را مثل یک کیک تصور کنید؛ اگر بار زیادی روی ترمز بگذارید، سهم باقیمانده برای پیچیدن کوچکتر میشود و اگر زود گاز بدهید، چسبندگی جانبی کم میشود. راز تمام رکابزنان MotoGP تقسیم درست این کیک در هر لحظهی پیچ است. ترمز باید قبل از پیچ تمام شود و داخل پیچ گاز بهطور متعادل باز شود - چون اگر از بودجه فراتر بروید، لاستیک تسلیم میشود.
آیا زاویهی خواباندن چسبندگی را کم میکند؟ (نه!)
افسانهای رایج وجود دارد: وقتی موتور را خوابانید، چسبندگی لاستیک در پیچ کاهش مییابد. از نظر فیزیک این درست نیست؛ خودِ زاویهی خواباندن بهطور خودکار ظرفیت چسبندگی را از بین نمیبرد. محدودیت واقعی، ظرفیت چسبندگی جانبی لاستیک است - مقدار پایهای که در دنیای تیون با نام cornering stiffness یا سختی پیچزنی سنجیده میشود - و نحوهی تعامل رد تماس با سطح زمین. در یک لاستیک مدرن خوب، چسبندگی معمولاً از 50 تا 60 درجه خواباندن بهسمت پایان رفتن شروع میشود؛ لاستیکهای اسلیک مسابقه و ارتفاع مناسب زیر خودرو اجازه میدهند از این مرز هم عبور کرد. یعنی لاستیک تا هر زاویهای که سختافزار اجازه دهد، رفتاری هماهنگ نشان میدهد.
یک نکتهی دیگر هم هست: در 60 درجه خواباندن، سیستم تعلیق موتور مسابقه عملاً از کار میافتد. دوشاخ جلو و کمک فنر عقب تقریباً کاملاً به وضعیت خوابیده میروند. یعنی در آن نقطه، تعلیق مکانیکی کارش را تمام کرده و رابطهی لاستیک با زمین جای آن را میگیرد. به همین دلیل هرچه زاویهی خواباندن بیشتر شود، دقت رکابزن هم بیشتر میشود - با نزدیک شدن به مرز چسبندگی لاستیک، هر سانتیمتر بحرانیتر میشود.
چرا رکابزن زانو و آرنجش را به زمین میرساند؟

حالا به بصریترین و بهیادماندنیترین بخش برسیم: ساییدن زانوی رکابزن روی پیست. این فقط نمایش نیست، فیزیک خالص و کنترل است. رکابزن بدنش را به سمت داخل موتور، یعنی به سمت پیچ، آویزان میکند. به این ترتیب مرکز وزن کل رکابزن و موتور پایینتر و داخلیتر قرار میگیرد. نتیجه؟ هنگام متعادل کردن همان نیروی پیچ، موتور باید کمتر خوابانده شود. این لاستیک را در ناحیهی امنتری نگه میدارد و برای صاف شدن در خروج پیچ حاشیه باقی میگذارد.
تاریخچهی Knee dragging: از کنی رابرتز تا امروز
تکنیک کشیدن زانو در MotoGP به دههی 1970 بازمیگردد. تا آن زمان، رانندگان با سبکی بسیار عمودتر رانندگی میکردند و خم شدن موتورسیکلت را با نوک زانوی خود محدود میکردند. کنی رابرتز، نام بزرگ آن دوران، هنگامی که میان سالهای 1978 تا 1980 سه بار پیاپی قهرمان جهان 500cc شد، این تکنیک را به قلهی صحنهها رساند. منبع الهام او هم یارنو سارینن بود که در پیچ زانویش را به سمت زمین میبرد و گاهی به زمین میزد؛ متأسفانه تصادم فاجعهآمیز سارینن در سال 1973 در مونزا مانع از تکامل بیشتر این سبک شد. رابرتز بذر سارینن را به قهرمانی جهان تبدیل کرد.
سپس نوبت به آرنج رسید. مارک مارکز سبک hanging off را که در دوره Moto2 شروع به توسعه کرده بود، هنگام ورود به کلاس برتر، با چسبندگی جانبی فوقالعاده لاستیکهای MotoGP ترکیب کرد: بدنش را تا حد امکان از موتورسیکلت پایین میبرد، میزان خواب موتورسیکلت را کمی محدود میکرد و در پیچ، آرنجش را روی پیست میکشید. این سبک آنقدر مؤثر بود که بهسرعت اکثر رکابزنان آن را تقلید کردند. امروز دیدن وضعیت پایینتر از زانو، آرنج پایین و حتی شانه پایین در رکابزنانی مانند فابیو کوارتارارو دیگر منظرهای عادی است.
هدف دقیق کشیدن آرنج روی زمین چیست؟ میتوان اینطور تصور کرد: رکابزنان عمداً سعی نمیکنند آرنجشان به زمین برسد؛ این نتیجه طبیعی زاویه خواب و وضعیت بدن است. اما وقتی آرنج به زمین میرسد، اطلاعات بسیار ارزشمندی میدهد: ارزیابی بهتر زاویه خواب، حس کردن سطح چسبندگی پیست، و نزدیک ماندن به خط ایدهآل پیچ. نقطه تماس مانند نوعی حسگر عمل میکند. سُرهای زانو و آرنج رکابزنان نیز مخصوص همین کار تولید میشوند؛ از ترکیب بادوام ساخته میشوند، در برابر سایش مقاوماند و بهراحتی قابل تعویضاند. لباسهای چرمی را نیز تأمینکنندگانی مانند Alpinestars، Dainese و Spidi بر اساس اندام رکابزنان میدوزند.
وضعیت صحیح بدن چگونه باید باشد؟
همانطور که دانی پدروسا نیز توضیح داده، اصول اصلی روشن است: آرنجها باید باز نگه داشته شوند، وزن بدن به سمت داخل پیچ جابهجا شود و پای بیرونی برای بارگذاری روی پدال پا استفاده شود. روند مدرن نیز باز کردن زانوی داخلی از موتورسیکلت و بارگذاری روی آن است؛ در خروج از پیچ، سر در پایینترین نقطه قرار میگیرد. این وضعیتها بهتنهایی نمایش نیستند؛ همگی برای بهینهسازی مرکز ثقل و بار لاستیک وجود دارند.
و یک واقعیت مهم دیگر هم وجود دارد: رکابزنان در واقع خواب بیش از حد نمیخواهند. برای حداکثر عملکرد، خواب را تحت کنترل نگه میدارند و ترجیح میدهند در خروج از پیچ، موتورسیکلت را بهسرعت صاف کنند. چون صاف شدن یعنی میتوان گاز را زودتر و محکمتر داد. خواب یک ابزار است، نه هدف - هدف خارج شدن از پیچ با حداکثر سرعت است.
لحظه سرخوردن: فیزیک lowside و highside
وقتی چسبندگی لاستیک تمام میشود چه اتفاقی میافتد؟ دو سناریوی کلاسیک برای سقوط وجود دارد. lowside زمانی رخ میدهد که نیروهای واردشده در پیچ از چسبندگی موجود فراتر روند: موتورسیکلت از زیر رکابزن سُر میخورد و رکابزن نیز همراه موتورسیکلت به سمت داخل پیچ میافتد. شایعترین نوع تصادف در MotoGP همین است. اگر لاستیک جلو مانند پرتشدن از لبه رفتار کند، همهچیز در یک لحظه تمام میشود؛ به همین دلیل ترمز و تعویض دنده به سمت پایین باید قبل از پیچ کامل شود.
اما highside سناریوی بسیار آزاردهندهتری است: لاستیک عقب ابتدا چسبندگی جانبیاش را از دست میدهد و سپس ناگهان آن را بازمییابد. این بازگشت ناگهانی باعث میشود موتورسیکلت بهشدت حول محور طولی خود بچرخد و رکابزن را از روی دستانش به هوا پرت کند. Lowside معمولاً با سر خوردن و به شکلی قابل پیشبینی به پایان میرسد؛ اما highside موتورسیکلت را وادار میکند مانند یک منجنیق عمل کند. به همین دلیل تصادفهای هایساید برای رانندگان بسیار پرخطرتر تلقی میشوند.
کمکهای الکترونیکی را هم نباید فراموش کرد؛ سیستمهایی مانند کنترل کشش تلاش میکنند مانع شوند که گاز لاستیک را غافلگیر کند و در تعویض دنده نیز نقش دارند. اما قانون اساسی فیزیک تغییر نمیکند: اگر بودجه لاستیک از حد بگذرد، فیزیک پیروز میشود.
آیا راننده معمولی جاده میتواند این تکنیکها را به کار ببرد؟
روراست باشیم: کپیبرداری کامل از موقعیت بدن در سطح MotoGP برای یک راننده معمولی جاده واقعبینانه نیست. آن موقعیتها در سرعتهای بالای 200 کیلومتر بر ساعت، روی سطوح با کیفیت پیست و با سالها تمرین معنا پیدا میکنند. اما فیزیک پایه برای همه صادق است: هیچکس که درک پایهای از فیزیک داشته باشد، در مزیت پایین و داخل نگه داشتن وزن راننده تا حد ممکن شکی ندارد. نتیجه عملی برای راننده جاده این است - سرعت را پیش از پیچ تمام کن، در پیچ موقعیتی راحت و متعادل بگیر و گاز را نرم باز کن. همان دایره Kamm، همان منطق بودجه؛ فقط با اعداد بسیار فروتنانهتر.
بدن انسان به طور طبیعی تا 20 درجه به خم شدن عادت دارد. اما یک موتور و راننده MotoGP به 65 درجه میرسد - یعنی دقیقاً 45 درجه بالاتر از حد آسایش انسان. به نظر من همین عدد همه چیز را خلاصه میکند: هنر پیچگیری MotoGP، اثباتی است بر اینکه وقتی ماشین و فناوری لاستیک از محدودیتهای انسان فراتر میروند، تا کجا میتوان رسید. دفعه بعد که در تلویزیون پیچی را تماشا کردی، یک بار دیگر به لحظههایی نگاه کن که آرنج به زمین میرسد؛ حالا میدانی آنجا چه اندازه فیزیک نهفته است!
منابع
- کشیدن آرنج در MotoGP™: چرا رانندگان زمین را با آرنج لمس میکنند؟
- زاویه خم شدن: بردن ماجرای درجهها است - MotoAmerica
- لاستیک موتورسیکلت و چسبندگی - باطل کردن برخی باورهای غلط - British Superbike School
- رانندگی بهتر: چه زمانی چسبندگی از دست میرود؟ - Bennetts BikeSocial
- چسبندگی موتورسیکلت واقعاً چگونه کار میکند - Canyon Chasers
- اصطکاک لاستیک موتورسیکلت - EVU Online
- دینامیک لاستیک - Racecar Engineering
- چگونگی احساس نیروهای پیچگیری هنگام راندن موتورسیکلت - Physics Forums
- چرا موتورسیکلتهای مسابقهای اینقدر خم میشوند؟ این فیزیک است - Rhett Allain، Medium
- Highsider - ویکیپدیا
- توضیح تصادفهای هایساید و لوزاید موتورسیکلت - DrivingTests.co.nz
- تصادفهای موتورسیکلت: توضیح تصادفهای هایساید و لوزاید - Driver Knowledge Tests
- موقعیت بدن: مقایسه با Moto GP اصلاً واقعبینانه نیست! - JP43 Training