Yksinkertaisessa kulkupelissä piilee mutkikasta fysiikkaa.

Miten polkupyörä pitää itsensä pystyssä? Kun fillarin päästää kulkemaan suoraan noin 14 kilometriä tunnissa, se pysyy varsin hyvin pystyssä ilman ajajaakin. Tätä arvoitusta on yritetty ratkaista monilla tiedepalstoilla, tässäkin lehdessä.

Pyörä ja ihminen selittää tällaisia polkupyöräilyn fysiikan ja fysiologian ilmiöitä lyhyillä teksteillä ja tavattoman havainnollisilla infografiikoilla.

Vastoin monissa lehtijutuissa esitettyä käsitystä pyörivän eturenkaan hyrrävaikutus on olematon. Pyörän niin sanottu itsevakauttava dynamiikka perustuu kolmen asian yhteisvaikutukseen: ensinnäkin etupyörän kääntymiseen ja toisekseen etupyörän kallistumaan eli haarukan kulman tuottamaan ”jättöön”. Kolmanneksi ohjaustangon ja haarukan massajakautuma vaikuttaa siihen, miten ohjaus reagoi polkupyörän kallistumiseen.

Kirjan mukaan kukaan ei ole saanut laskettua kaikkien itsevakautuksessa vaikuttavien voimien suhteita eikä sitä, miten ne saavat itsevakauttavan dynamiikan aikaan.

”Kuten polkupyörä itse, kysymys näyttää yksinkertaiselta, mutta todellisuus on hyvin mutkikas”, kirjoittaja toteaa.

Paremmin tunnettuihin ilmiöihin kuuluu ilmanvastuksen tavattoman suuri merkitys varsinkin vauhdikkaassa ajossa. Jo työmatkapyöräilyssä 20–25 kilometrin tuntinopeudella ilmanvastuksen voittamiseen kuluu enemmän tehoa kuin vierintävastukseen ja erilaisiin voimansiirron kitkoihin yhteensä. Ilmanvastus hidastaa pyörää alamäissäkin, kun taas ketjujen tehohäviöt vaikuttavat vain silloin, kun pyörää poljetaan.

Jos haluaa kevyen pyörän, on oltava valmis maksamaan paljon rahaa kevyimmistä metalliseoksista valmistetuista osista ja rungosta. Pyörä ja ihminen kuvailee elektronien tarkkuudella, minkälaisia kiderakenteita rauta, magnesium, alumiini ja titaani muodostavat ja miten eri alkuaineiden ominaisuuksia yhdistelemällä saadaan paras kompromissi lujuutta ja keveyttä.

Kuluttajan on kuitenkin järkevää miettiä, kuinka paljon rungon keveydestä kannattaa maksaa. Marginaalisen pienet erot ajoasennossa saattavat vaikuttaa ajonopeuteen enemmän kuin pyörän massa.

Pyörä ja ihminen kertoo paitsi pyöräilyn fysiikasta myös polkupyörien tekniikan kehityksestä lähes kahdensadan vuoden ajalta runkoputkien valmistustekniikoita myöten. Karl Draisin ”keppihevonen” vuodelta 1817 muistutti nykyaikaista polkupyörää oikeastaan enemmän kuin nykyaikainen, huippuaerodynaaminen nojapyörä.

Sähköavusteisista polkupyöristä kirjassa olisi saanut olla enemmän. Sähköpyöriä sivutaan kasvihuonekaasupäästöjä koskevassa osassa. Sähköpyörä saattaa olla jopa tavallista polkupyörää ilmastoystävällisempi: tehon tarve on pyöräillessä pieni, vertasi sitä sitten autoon tai energiaa hukkaavaan kävelyyn. Sähkömoottori on kuitenkin hyötysuhteeltaan paljon parempi kuin polkijan tai kävelijän oma kauramoottori.

Marko Hamilo, vapaa tiedetoimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2014.

Pyörä ja ihminen. Miten pyörä ja polkija pelaavat yhteen. Max Glaskin, suom. Eero Sarkkinen, Docendo 2014. 192 s., 36 €.