おらがバイクに乗り始めた頃、よく言われた(よく雑誌で見かけた)言葉の中に「荷重を掛けて曲がる」ということなんですが、それって正直どうやってやるんだ?って話でした
真面目にバイクの上で踏ん張るのか?ハンドルを押さえつけるように曲がればいいのか?ということを考えていました。
物理的な観点から考えればバイクの上で踏ん張ったりしても同じ慣性系で動いてる物体同士で押し合いへし合いしたって重量が変わるわけないのです。
荷重をかけるというのは具体的にはリーンインで走る、ハングオフで走るということでイン側に重心を移動させることでタイヤに自重以上の重量をかけて曲がるということです。
ちょっとまったー!
イン側に重心を移しながら曲がるとコーナリング中の安定感が増す、というのはバイクに限らずスキーの外脚や自転車、足で走って外脚の踏ん張り時に感じることだと思います、が、なぜそうなるという部分についてはほとんど説明を聞いたことがありません。
物理的にコーナリングを科学すると・・・
バイクがコーナリングすると
コーナリングスピード(角速度)、
半径、
バイクの重量により路面に対するバイクの傾きは決まってきます。
傾きは遠心力と重力との合力の反力の方向になります。
その時外に逃げる力(遠心力)とのバランスは全てタイヤにかかってきてこんな感じになります。
速度が増加、半径が小さくなるなどして車体の角度のバランスが崩れるとライダーに対する遠心力が増加しタイヤのグリップが負けた時、タイヤが滑りだしますます。
タイヤや路面の摩擦抵抗は状況によって異なるのですがその元となる地面を押す力はバイクが起きてようが寝てようが変化はありません。
タイヤが地面を押す力が一定なのでコーナリングのラインを維持する力いわゆるグリップ力も変わりません。
滑らずにいられるのはグリップ力の最大値>遠心力の範囲にいる場合になります。
力の成分を示すと上の図のようになり路面を押す力と遠心力の合成力がバイクにかかる力となり物体の重心は必ずこの延長線上にないと姿勢を維持できません。
やじろべいの片側に重りを追加するとどちらか傾いて元の均衡を維持できないのと一緒ですね。
バイクではコーナリング中リーンウィズの状態で車体が起きもせず倒れそうにもない状態が重心が遠心力と重力の合力の延長上にある状態、釣り合い状態と言えます。
バイクが寝てようが起きてようがグリップ力が変わらないのなら思いっきり寝かせてタイヤの柔らかいコンパウンドの部分を使ったほうがいいじゃないか?という気になりますが、これは大きな間違いです。
というか必要以上に寝かせてコーナリングすると
滑りやすいのは経験から納得できる現象かと思います。
これはライディング状態のバイクの重心とタイヤの作用点が異なるからです。
遠心力、重力は全て重心にかかるのに姿勢を維持しようとする反力はその遥か下の路面とタイヤの接地部にあるからです。
ありえない話ですが、重心を路面上まで下ろすことができれば、バイクを傾ける必要もなくコーナリングで転倒することもありません。ありえませんけどね。
重心と力点がずれると何が起こるのかというと
重心を中心とした回転運動が起こります。
先ほど寝てようが起きてようがグリップ力に変化はないと言いましたが、コーナリング中だとこの回転運動が加わり地面を押す力が増大しグリップ力の限界値が直線を走っている時よりも増すのです
最初の疑問である「荷重をかける」という意味はこのことになります。
コーナリングの際、ほとんどの場合はリーンインかリーンウィズになります。
コーナリングするために重心は釣り合い位置よりイン側に移動しています。回転運動は進行方向に対し左回りになるためより強くタイヤを地面に押し付けるようになります。これが俗に言うコーナリングフォースになります。
このコーナリングフォースは
ライダーの重心移動により
より強く作用させることが可能です。
ライダーが重心をイン側に移すことによりバイク+ライダーの重心を維持するためにバイクは起きようとします。
この時に接地面を中心にバイクは起き上がろうとしますがライダーはそれを阻止するためにニーグリップやステップを踏ん張るわけです。
バイクには単純に回転運動を阻止されているわけでテコの原理により路面には強い圧力がかかり結果的にグリップは増すという話になってきます。
峠で走り屋ライダーがハングオンして走ってるのは伊達じゃない!んですね。
ただ前にも書きましたがサーキットと公道では道路の設計思想が異なるのでサーキットと同じことをしようとすると悲惨な目を見るのはご存知の通りです。
リーンアウトで曲がる!
昔ライダーズクラブの読者ライテク講座の記事がありました。
リーンインで曲がってるつもりだけど実はリーンアウトで曲がってる。
これは上で書いたことと逆でバイクは深く寝るけどライダーの重心はバイクの上にきてしまい
逆向きの回転運動が発生します。ただでさえ重心は外側に出ようという力がかかっているのにバイクは純粋に
自重のみでグリップを発生させている状態、しかも回転運動が遠心力に拍車をかけてリーンウィズよりもずっと滑りやすい状態になっているはずです。
浮き砂やギャップでも拾って一瞬でも滑り出したらタイヤが離れる方向にバイクは回転するためなすすべがありません。
バイクを寝かすと曲がるのですがリーンインとリーンアウトで寝かすのは意味合いが大きく変わる為注意が必要です。
見ててまじでハラハラしたー
1ヘアだからだよねこれ(筑波の1ヘアは大きなカントがついてます)
もう一つの回転軸
路面の垂直方向の軸で回転する挙動ですが、こちらは感覚的に明確なのでさらっとね。
右旋回中ブレーキ握ってフロントが滑れば反時計回り、加速時にリアが滑れば時計回りに回転するということです。
リアが滑った時に限り意図的にハンドルを外側に切ってフロントの摩擦を軽減し回転を制御するのがカウンターという操作です。
カウンターを当てるとフロントのグリップは消失しバイクは反時計回りに回転し始めます。
挙動が早いためカウンター当てるのも大変ですが当てたカウンター戻すのもまた大変です。