Sunday, August 31, 2014

the stability of bicycle



2011년에 자전거의 안정성에 대한 글을 올렸고, 이후 몇 가지 재미있는 일이 있었다.

자이로스코프를 이용해 잘 안넘어지는 자전거가 나왔고, '절대' 안 넘어지는 오토바이가 나왔다.


http://freethoughtblogs.com/singham/2013/11/06/the-puzzle-of-bike-stthe-amazing-stability-of-bicyclesability/



로봇조차 자전거를 탈 정도로 자전거의 내적인 안정성이 높다고.




https://www.kickstarter.com/projects/joshbechtel/the-bicymple



사업적으로 성공했는지는 모르나 킥스타터에 올라왔던 것이라고.
체인이 없이 뒷바퀴를 그냥 돌린다. 불편하겠지만, 간단한 구조.
안정성은 감소할 듯.



http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=101&oid=030&aid=0002277882



앞 바퀴 내부에 디스크를 넣고 모터로 돌려서 자이로스코프 효과로 넘어지지 않게 만든 자전거. 한나절이면 누구나 자전거를 배울 수 있다고.




하버드가 주목한 韓청년…1인용 전기차로 세계 흔든다
http://news1.kr/articles/?1492658
"그러나 모터사이클은 정차할 때 두 발을 땅에 내려 균형을 잡아줘야 하지만, C-1은 그럴 필요가 없다. 두바퀴로 굴러가지만 '절대' 쓰러지지 않는다."


[실리콘밸리 통신] 넥슨 김정주 회장 사로잡은 ‘전기 이륜차’
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=101&oid=050&aid=0000033659




바퀴가 아니라 몸체 내부에 모터로 돌아가는 자이로스코프를 장착하고 있다고.








예전 글.

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자전거의 안정성
 2011/11/21 13:21


지인이 최근 외발자전거를 타기 시작했다.
외발 자전거를 타는 것은 자체가 신기한 일이지만 두발자전거를 타는 것도 당연한 것은 아니다.
4발, 3발자전거가 안정되게 서 있는 것은 의문의 여지가 없다.
세 발 사이에 무게중심이 놓이면 넘어질 이유가 없다.
그러나 2발자전거(bicycle)는 정지상태에서 스스로 안정성을 유지할 수 없는데, 달리게 되면 어느 정도 안정성을 유지한다.
이것을 설명하면서 자이로스코프 효과라는 것을 이유로 들곤 하지만 이해가 안 되거나 믿음직하지가 않았다.

주된 이유는 내가 자전거를 배우는데 오래걸렸기 때문이다.
국민학교 4학년때 한 번 시도하고 포기한 다음 6학년이 되어서야 겨우 탈 수 있었다.
당연히 어른 자전거를 타는 것이다.
페달이 잘 닿지 않아서, 처음에 출발을 위해서는 '옆타기'를 일단 마스터 해야되기 때문에 겁이 많고 작은 애들은 넘어져서도 땅과 그리 멀지 않을 때가 되어서야 배울 수 있는 것이 정상이었다.
그래서 6학년이 되어서야 자전거를 탈수 있었지만 2년이 걸린 것도 그리 늦은 것은 아니었다.

옆타기에 비하면 안장 위에 타는 것은 매우 쉬운 것이다.
애들 자전거로 자전거타기를 배운 딸들에게 옆타기를 시켜보면 엄두도 못내는 것을 보면 확실히 알 수 있다.
그러나 안장에 타는 것도 적어도 며칠은 뒤에서 잡아주는 사람이 필요했다.
옆타기든 안장타기든 바퀴는 돌고 자이로스코프 효과는 나타난다.
자전거가 저절로 중심을 잡는 것이라기 보다는 사람이 중심을 잡는 법을 배운다고 생각했고 나중에 자전거가 스스로 안정성을 유지한다는 얘기를 들어도 별로 공감이 되지 않았다.

사람이 두발로 중심을 잡고, 걷고 뛰는 것도 실제로는 매우 어려운 일이지만 바퀴와 관련된 효과는 개입될 여지가 없다.
사람이 한발로 중심을 잡는 것은 그런 관점에서는 불가사의하다.
자전거타는 법을 배우는 것은 두발이든 외발이든 몸의 중심을 잡는 기술을 배우는 것이라는 점에서 자동차 운전을 배우는 것과는 완전히 다른  문제이다.
그런 생각을 하면서도 혹시나 하는 마음에 자전거의 원리에 대한 알아보다 재미있는 글을 발견했다.


자전거의 안정성

자전거가 안정성을 유지하는 원리에 대해 분석하고 실험한 글이다.
1970년도에 발표된 글을 2006년에 다시 실은 것을 보면 36년 동안 자전거의 원리에 대해 이보다 잘 된 연구가 별로 없었기 때문일 가능성이 높다.

결론은 자전거의 안정성에 타는 사람의 기술, 자이로스코프 효과, 무게중심을 낮추는 토크, 캐스터 효과가 모두 작용한다는 것이다.
그러나 내용을 보면 각각의 효과를 상쇄시키는 자전거를 만들어서 실험했지만, 좀 더 어렵더라도 모든 자전거를 다 탈수 있었다는 것이고, 다만 사람이 타지 않고 그냥 밀었을 때 안정성이 차이가 난다고 한다.
결국 자전거의 구조, 기능적 한계를 사람이 모두 극복할 수 있다는 것이고 기존에 알려진 효과는 부수적인 것이라는 것이다.


위 실험의 연장선에서 코넬대에서 올 해 발표한 아래의 모델은 자이로스코프 효과와 캐스터 효과를 인위적으로 제거한 것이다.


그렇다고 복잡한 제어장치가 달린 것도 아니다.
그저 무게를 적절히 배치한 것만으로 시속 5마일 (8 km) 이상에서 스스로 중심을 잡는다고 한다.
"Researchers at Cornell, however, have created a tiny bike that generates neither of those effects yet, thanks to carefully calibrated mass distribution, still stays vertical when moving over 5MPH."

자이로스코프 효과라는 것도 바퀴의 속도가 빠르고 무거워야 잘 나타난다는 것을 생각하면 실제 자전거를 탈때 어느 정도 이상의 속도에서는 자전거의 구조가 영향을 주지만 느린 속도에서는 자전거를 타는 사람의 기술이 점점 중요해진다는 것을 알 수 있다.
어디나 마찬가지겠지만 어려운 상황에서는 기계보다는 사람이 중요한 듯하다.