ทำไมการเข้าโค้งใน MotoGP ถึงเอียงตัวจนเกือบจะติดพื้น?

แชร์หน้านี้
MotoGP motosikletเลียนแบบ... 0|รถจักรยานยนต์ MotoGP สามารถเอียงในโค้งได้มากกว่า 60 องศาจากแนวดิ่ง แม้กระทั่งถึง 65 องศา ความลับที่ไม่ล้ม คือ แรงโน้มถ่วงและแรงในโค้งสมดุลกันอย่างสมบูรณ์ และยางแข่งที่ทนรับการเอียงครั้งใหญ่เช่นนี้ด้วยการยึดเกาะที่เหลือเชื่อ นั่นคือ นักบิดไม่ได้ทำตัวเป็นนักแสดงกายกรรม แต่เพียงตามเส้นทางที่เร็วที่สุดตามที่ฟิสิกส์บริสุทธิ์อนุญาต อย่างไรน่ะเหรอ? มาแกะทีละขั้นกันเลย เพราะเรื่องนี้ทำให้ฉันตื่นเต้นจริง ๆ!
จุดเด่น
- เครื่องจักร MotoGP เอียงในโค้งได้ถึง 65 องศา ขณะที่ขีดจำกัดความสบายตามธรรมชาติของมนุษย์มีเพียง 20 องศาเท่านั้น
- นักแข่งสามารถไปถึง 1.2 G หรือมากกว่า ด้วยยางลื่น ขณะที่นักขี่รถจักรยานยนต์บนถนนโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.4-0.5 G
- เทคนิคส่งเข่าได้รับความนิยมในช่วง ทศวรรษ 1970 และการส่งศอกก็คือวิวัฒนาการตามธรรมชาติของมัน
- จริง ๆ แล้วนักบิดไม่ต้องการการเอียงสุดขีด พวกเขาชอบควบคุมการเอียงและยกตัวรถให้ตรงอย่างรวดเร็วเมื่อออกจากโค้ง
แรงหนีศูนย์กลางทำอะไรในโค้ง?
ตอนนี้มาถึงจุดสำคัญที่สุดของเรื่องนี้กัน เมื่อรถจักรยานยนต์เข้าโค้ง จะเกิดความต้องการแรงขนาดมหึมาไปยังจุดศูนย์กลางของการเลี้ยว - เราเรียกสิ่งนี้ว่าแรงหนีศูนย์กลาง อะไรคือสิ่งที่ให้แรงนี้? การยึดเกาะของยางบนพื้นถนน ส่วนนักบิดจะรับรู้ถึงแรงผลักออกด้านนอกนี้ได้อย่างชัดเจนในร่างกาย ราวกับว่ามีคนกำลังผลักเขาไปด้านนอกของโค้ง
แล้วทำไมรถจักรยานยนต์ถึงเอียง? นี่คือจุดที่ฟิสิกส์เข้ามามีบทบาท: ขณะที่แรงโน้มถ่วงต้องการพลิกรถเข้าด้านใน แรงในโค้งก็พยายามผลักรถออกด้านนอก สมดุลของสองแรงนี้สามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อรถเอียงอยู่เท่านั้น ยิ่งความเร็วสูงขึ้น แรงในโค้งยิ่งใหญ่ขึ้น ดังนั้นรถจึง ต้องเอียงมากขึ้น เพื่อรักษาความเสถียร โค้งกว้างที่ความเร็วต่ำสามารถเข้าโค้งได้ด้วยการเอียงเพียงเล็กน้อย แต่โค้งเดียวกันที่ความเร็วสูงต้องการเรขาคณิตที่แตกต่างไปสิ้นเชิง
สิ่งที่น่าสนใจคือ: ที่ความเร็วและรัศมีโค้งหนึ่ง ๆ แรงที่ต้องการจะคงที่ นั่นคือไม่ว่าคุณจะเปลี่ยนมุมเอียงอย่างไร แรงที่ต้องใช้ในการเลี้ยวก็ไม่เปลี่ยน - การเอียงเป็นเพียงวิธีการที่แรงนั้นสมดุลกัน ขอยกตัวอย่างนะ: ถ้าคุณปั่นจักรยานเลี้ยวหักมุมแคบอย่างช้า ๆ คุณจะเอียงเล็กน้อย แต่ถ้าต้องการเลี้ยวมุมเดียวกันอย่างเร็ว ร่างกายจะเอียงมากขึ้นโดยอัตโนมัติ สิ่งที่เกิดขึ้นใน MotoGP ก็เหมือนกันนี้ เพียงแต่ความเร็วและมุมอยู่ในระดับสุดขีด
การยึดเกาะของยางรอดชีวิตที่ 65 องศาได้อย่างไร?
ฟิสิกส์ของแรงเสียดทานอธิบายได้ด้วยสูตรที่เรียบง่ายมาก: แรงเสียดทาน เท่ากับ สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน คูณ แรงตั้งฉาก นั่นคือการยึดเกาะที่คุณจะได้รับถูกกำหนดโดยคุณภาพของยางและพื้นผิว รวมถึงขนาดของน้ำหนักที่กดทับยาง สัมประสิทธิ์ความเสียดทานสูงสุดที่วัดได้บนพื้นแห้งอยู่ที่ประมาณ ระดับ 1.2 - ยางลื่นสำหรับแข่งเล่นในช่วงนี้ ส่วนยางถนนทั่วไปอยู่ห่างออกไปมาก
ขออธิบายแนวคิด G ด้วย เพราะคุณต้องเข้าใจเพื่อเห็นว่าความต่างนี้ชัดเจนแค่ไหน G คือความเร่งที่วัดเป็นจำนวนเท่าของแรงโน้มถ่วง นักขี่จักรยานยนต์บนถนนทั่วไปจะทำงานในโค้งที่ช่วง 0.4-0.5 G ส่วนนักบิด MotoGP ด้วยยาง slick สามารถทะลุ 1.2 G ได้ นั่นแปลว่าแรงที่กดคุณแนบไปกับพื้นและกดคุณไปด้านข้างนั้น แรงกว่าแรงโน้มถ่วงเสียอีก เปรียบได้กับแคปซูลแรงเหวี่ยงในการฝึกนักบินอวกาศ แต่คราวนี้พวงมาลัยก็คือคานบังคับของโปรโตไทป์ MotoGP
วงกลม Kamm: งบประมาณของเสียงจับยาง
ลองมองการยึดเกาะของยางเป็นงบประมาณชุดเดียว: แรงเบรก แรงเร่ง และแรงบิดเลี้ยว ล้วนใช้จ่ายจากงบประมาณเดียวกัน แบบจำลองคลาสสิกที่อธิบายเรื่องนี้เรียกว่าวงกลม Kamm ลองจินตนาการว่าความสามารถของยางเป็นเหมือนขนมพายหนึ่งถ้วน; ถ้าเทแรงลงไปที่การเบรกมากเกินไป ชิ้นที่เหลือสำหรับการเลี้ยวก็จะเล็กลง ถ้าเปิดคันเร่งเร็วเกินไป เสียงจับยางด้านข้างก็จะลดลง ความลับทั้งหมดของนักบิด MotoGP คือการแบ่งพายนี้อย่างถูกต้องในทุกช่วงเวลาของโค้ง การเบรกต้องจบก่อนเข้าโค้ง และภายในโค้งต้องเปิดคันเร่งอย่างสมดุล - เพราะถ้างบประมาณถูกใช้เกิน ยางก็จะยอมแพ้
มุมเอียงลดเสียงจับยางหรือไม่? (ไม่!)
มีตำนานหนึ่งที่เรามักได้ยินบ่อย: ว่าถ้าเอียงมอเตอร์ไซค์แล้ว เสียงจับยางในโค้งจะลดลง จากมุมมองของฟิสิกส์แล้วสิ่งนี้ไม่ถูกต้อง; มุมเอียงในตัวมันเองไม่ได้ทำให้ความสามารถในการยึดเกาะลดลงโดยอัตโนมัติ ขอบเขตที่แท้จริงคือความสามารถในการยึดเกาะด้านข้างของยาง - ซึ่งในวงการแต่งรถวัดกันว่า cornering stiffness หรือความแข็งในการเลี้ยว - และวิธีที่พื้นสัมผัสทำงานร่วมกับพื้นถนน ยางทันสมัยที่ดีมักเริ่มหมดเสียงจับยางเมื่อเอียงประมาณ 50-60 องศา; ยาง slick สำหรับแข่งและระยะห่างจากพื้นที่เหมาะสมช่วยให้ข้ามขีดจำกัดนั้นได้ นั่นคือยางแสดงพฤติกรรมที่ประสานกันได้มากเท่าไหร่เท่าที่อุปกรณ์อนุญาต
อีกหนึ่งรายละเอียด: ที่มุมเอียง 60 องศา ระบบกันสะเทือนของมอเตอร์ไซค์แข่งแทบหยุดทำงานจริง ๆ เฟอร์คหน้าและโช้คหลังเอียงแบนราบเกือบสมบูรณ์ นั่นคือ ณ จุดนั้นระบบกันสะเทือนเชิงกลได้ทำหน้าที่ครบถ้วนแล้ว หน้าที่ต่อไปตกเป็นของความสัมพันธ์ระหว่างยางกับพื้นถนน นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมมุมเอียงยิ่งมาก ความละเอียดรอบคอบของนักบิดยิ่งสูงขึ้น - ทุกเซนติเมตรมุ่งสู่ขีดจำกัดการยึดเกาะของยางยิ่งวิกฤตมากขึ้น
ทำไมนักบิดจึงวางเข่าและศอกแตะพื้น?

ทีนี้มาถึงส่วนที่จดจำง่ายที่สุด: การที่เข่าของนักบิดลากไปกับพื้นสนาม นี่ไม่ใช่แค่การโชว์ แต่เป็นฟิสิกส์ล้วน ๆ และการควบคุม นักบิดจะแขวนร่างกายไปด้านในของมอเตอร์ไซค์ คือไปทางโค้ง ทำให้ศูนย์ถ่วงรวมของนักบิดและมอเตอร์ไซค์ต่ำลงและอยู่ด้านในมากขึ้น ผลลัพธ์คืออะไร? ขณะถ่วงดุลแรงเลี้ยวเท่าเดิม มอเตอร์ไซค์ต้องเอียงน้อยลง ซึ่งช่วยให้ยางอยู่ในเขตที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น และเผื่อระยะสำหรับการดีดตัวกลับตอนออกโค้ง
ประวัติศาสตร์ของการลากเข่า: จาก Kenny Roberts ถึงปัจจุบัน
เทคนิคการลากเข่าใน MotoGP ย้อนไปถึง ทศวรรษ 1970 ในสมัยนั้นนักบิดขับด้วยท่าทางตรงขึ้นมาก และจำกัดการเอียงของมอเตอร์ไซค์ด้วยปลายเข่า Kenny Roberts นักบิดดาวเด่น คว้าแชมป์โลก 500cc ติดต่อกันสามครั้งระหว่าง 1978-1980 พาเทคนิคนี้ขึ้นสู่จุดสูงสุดของสังเวียน ส่วนแรงบันดาลใจคือ Jarno Saarinen ที่ชี้เข่าลงพื้นในโค้งและคราว ๆ วางแตะพื้นเป็นครั้งคราว; โชคร้อยเศร้าที่อุบัติเหตุถึงชีวิตของ Saarinen ที่ Monza ในปี 1973 ได้หยุดยั้งการวิวัฒนาการต่อไปของสไตล์นี้ Roberts เปลี่ยนเมล็ดพันธุ์ที่ Saarinen หว่านไว้ให้กลายเป็นแชมป์โลก
จากนั้นก็ถึงตาส่วนศอกบ้าง Marc Márquez ผสานสไตล์ hanging off ที่เริ่มพัฒนาในช่วง Moto2 เข้ากับแรงยึดเกาะด้านข้างอันยอดเยี่ยมของยาง MotoGP ในช่วงที่ก้าวขึ้นสู่รุ่นสูงสุด: เขากดตัวลงต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้จากตัวรถจักรยานยนต์ จำกัดมุมเอียงของรถไปบ้าง และลากศอกไปกับพื้นสนามในโค้ง สไตล์นี้ได้ผลจนน่าทึ่ง นักแข่งส่วนใหญ่จึงรีบเลียนแบบกันในเวลาอันสั้น วันนี้การเห็นนักแข่งอย่าง Fabio Quartararo ที่มีเข่าต่ำกว่า ศอกต่ำกว่า แม้กระทั่งไหล่ต่ำกว่าก็เป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว
แล้วจุดประสงค์ของการลากศอกคืออะไรกันแน่? คุณอาจมองได้แบบนี้: นักแข่งไม่ได้ตั้งใจพยายามให้ศอกแตะพื้น; มันเป็นผลธรรมชาติของมุมเอียงและท่าทางของร่างกาย แต่เมื่อแตะพื้นเมื่อไร มันก็ให้ข้อมูลอันมีค่า: ช่วยประเมินมุมเอียงได้ดีขึ้น สัมผัสระดับแรงยึดเกาะของพื้นสนาม และอยู่ใกล้กับเส้นทางเข้าโค้งที่เหมาะสมที่สุด จุดสัมผัสทำหน้าที่เหมือนเซ็นเซอร์ชนิดหนึ่ง ทั้งสไลเดอร์เข่าและศอกของนักแข่งก็ผลิตขึ้นเป็นพิเศษสำหรับงานนี้; ทำจากสารผสมที่ทนทาน ต้านการสึกหรอ และเปลี่ยนได้ง่าย ส่วนชุดเอนกัญชา ผู้ผลิตอย่าง Alpinestars, Dainese และ Spidi ตัดเย็บตามสัดส่วนร่างกายของนักแข่งแต่ละคน
ท่าทางของร่างกายที่ถูกต้องควรเป็นอย่างไร?
ดังที่ Dani Pedrosa เคยอธิบาย หลักการพื้นฐานชัดเจน: ศอกต้องกางออก น้ำหนักตัวต้องเลื่อนไปทางโค้งด้านใน และขาด้านนอกต้องใช้กดลงบน footpeg เทรนด์สมัยใหม่คือการกางเข่าด้านในออกห่างจากตัวรถเพื่อกดน้ำหนักลงบนที่วางเข่า; ในตอนออกจากโค้ง ศีรษะจะอยู่ ณ จุดต่ำที่สุด ท่าทางเหล่านี้ไม่ใช่แค่การอวดโชว์ แต่ล้วนมีไว้เพื่อปรับจุดศูนย์ถ่วงและภาระบนยางให้เหมาะสมที่สุด
และยังมีความจริงสำคัญอีกข้อ: ที่จริงแล้วนักแข่งไม่ได้อยากเอียงมากเกินไป เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด พวกเขาเลือกควบคุมมุมเอียงไว้ และทำให้รถกลับตั้งได้เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้ตอนออกจากโค้ง เพราะการกลับตั้งตัว หมายความว่าจะกดคันเร่งได้เร็วขึ้นและหนักขึ้น การเอียงเป็นเครื่องมือ ไม่ใช่เป้าหมาย - เป้าหมายคือการออกจากโค้งให้เร็วที่สุด
ช่วงเวลาที่ไถล: ฟิสิกส์ของ lowside และ highside
เมื่อแรงยึดเกาะของยางหมดลง จะเกิดอะไรขึ้น? นี่คือสองสถานการณ์คลาสสิกของการล้ม Lowside เกิดขึ้นเมื่อแรงต่าง ๆ ในโค้งเกินกว่าแรงยึดเกาะที่มีอยู่: รถจักรยานยนต์ไถลออกจากใต้ตัวนักแข่ง และนักแข่งก็ล้มลงไปพร้อมกับรถทางด้านในของโค้ง นี่คือรูปแบบอุบัติเหตุที่พบมากที่สุดใน MotoGP ถ้ายางหน้าดูเหมือนจะเลยขีดจำกัดไปแล้ว ทุกอย่างจะจบลงในพริบตา; ด้วยเหตุนี้การเบรกและการลดเกียร์จึงต้องทำให้เสร็จก่อนเข้าโค้ง
ส่วน Highside เป็นสถานการณ์ที่น่าหงุดหงิดกว่ามาก: ยางหลังเสียแรงยึดเกาะด้านข้างไปก่อน แล้วจู่ ๆ ก็ได้มันคืนกลับมา การกลับตัวอย่างกะทันหันนี้ทำให้รถหมุนอย่างรุนแรงรอบแกนตามยาว และเหวี่ยงนักแข่งออกไปเหนือศีรษะ โลว์ไซด์โดยทั่วไปจบลงด้วยการไถลและคาดเดาได้ ส่วนไฮไซด์บังคับให้มอเตอร์ไซค์ทำตัวเหมือนเครื่องยิงสลัด ด้วยเหตุนี้อุบัติเหตุแบบไฮไซด์จึงถือว่าเสี่ยงกว่ามากสำหรับนักบิด
อย่าลืมความช่วยเหลือจากระบบอิเล็กทรอนิกส์ด้วย ระบบอย่างtraction controlพยายามป้องกันไม่ให้คันเร่งทำให้ล้อหลุดเสียการทรงตัวและช่วยเรื่องการเกาะถนน แต่กฎพื้นฐานของฟิสิกส์ก็ไม่เปลี่ยนแปลง: ถ้าเกินขีดจำกัดของยาง ฟิสิกส์จะเป็นผู้ชนะ
คนขับตามถนนทั่วไปสามารถนำเทคนิคเหล่านี้ไปใช้ได้หรือไม่?
ขอพูดตรงๆ นะ: การลอกเลียนท่าทางร่างกายระดับMotoGPแบบเป๊ะๆ ด้วยคนขับตามถนนธรรมดาไม่ใช่เรื่องจริงได้ ท่าทางเหล่านั้นมีความหมายเมื่ออยู่บนความเร็วเกิน 200 km/h, บนพื้นผิวคุณภาพระดับสนามแข่ง และด้วยการฝึกฝนหลายปี แต่ฟิสิกส์พื้นฐานใช้ได้กับทุกคน: ไม่มีใครที่เข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานจะโต้แย้งข้อดีของการรักษาน้ำหนักตัวของนักบิดให้ต่ำและถ่างเข้าด้านในให้มากที่สุด ข้อสรุปที่ใช้ได้จริงสำหรับคนขับตามถนนคือ - เผื่อความเร็วก่อนเข้าโค้ง วางท่าทางในโค้งอย่างสบายและสมดุล เปิดคันเร่งอย่างนุ่มนวล วงกลมKammเดิม ตรรกะงบประมาณเดิม เพียงแต่ตัวเลขถ่อมตัวกว่ามากเท่านั้น
ร่างกายมนุษย์คุ้นเคยกับการเอียงตามธรรมชาติถึง 20 องศา แต่มอเตอร์ไซค์และนักบิดMotoGPเอียงได้ถึง 65 องศา - นั่นคือเกินขีดจำกัดความสบายของมนุษย์อยู่ 45 องศาเต็ม ตัวเลขนี้สรุปทุกอย่างได้ในความคิดผม: ศิลปะการโค้งของMotoGPคือหลักฐานว่าอะไรจะเกิดขึ้นได้เมื่อเทคโนโลยีเครื่องจักรและยางที่ก้าวข้ามขีดจำกัดของมนุษย์มาบรรจบกัน ครั้งต่อไปที่ดูโค้งในทีวี ลองกลับไปดูช่วงเวลาที่ศอกแตะพื้นอีกครั้ง ตอนนี้คุณรู้แล้วว่ามีฟิสิกส์มากมายแค่ไหนตรงนั้น!
แหล่งอ้างอิง
- MotoGP™ elbow dragging: Why Do Riders Touch the Ground With Their Elbows?
- Lean Angle: Winning Is A Matter Of Degrees - MotoAmerica
- Motorcycle Tyres and Grip – some myths dispelled - British Superbike School
- Better Riding: When do I run out of grip? - Bennetts BikeSocial
- How Motorcycle Grip Actually Works - Canyon Chasers
- The Friction of Motorcycle Tyres - EVU Online
- Tyre dynamics - Racecar Engineering
- Way the cornering forces are felt when riding a motorcycle - Physics Forums
- Why Do Racing Motorcycles Lean So Much? It's Physics - Rhett Allain, Medium
- Highsider - Wikipedia
- Highside and lowside motorcycle crashes explained - DrivingTests.co.nz
- Motorbike crashes: highside and lowside crashes explained - Driver Knowledge Tests
- Body Position: Moto GP comparison just isn't realistic! - JP43 Training