Dlaczego motocykle nie maja wstecznego biegu? Odpowiedź jest prosta i wynika z budowy oraz zasady działania motocykla. Chociaż zrobienie wstecznego biegu w skrzyni biegów jest możliwe, to takie rozwiązanie spowodowałoby mnóstwo wypadków. Praktycznie każdy, kto używałby wstecznego biegu, wywracałby się. Jest to spowodowane geometrią motocykl i tym, jak funkcjonuje nasz mózg.

W czasie jazdy motocyklem motocykliście pomagają dwa zjawiska:

• Moment żyroskopowy
• Wyprzedzenie kąta główki ramy, czyli tak zwany "trail", wynikający wprost z kąta nachylenia główki ramy.

Moment żyroskopowy w czasie jazdy motocyklem

Moment żyroskopowy, zwany również efektem żyroskopowym, jest wynikiem działania sił odśrodkowych na obracające się ciało. Jest to efekt, który występuje, gdy wirujące obiekty (takie jak koła motocykla) zachowują się w sposób, który przeciwdziała zmianom ich osi obrotu. Moment żyroskopowy opiera się na zasadzie zachowania momentu pędu, która stwierdza, że jeśli ciało wiruje, będzie ono przeciwdziałało wszelkim próbom zmiany kierunku swojej osi obrotu. Czyli jeżeli jedziemy motocyklem na wprost, to gdy pochylimy się w lewo lub w prawo, to ruch obrotowy kół poprzez zawieszenie będzie powodował prostowanie motocykla. Dlatego trudno przewrócić jadący na wprost motocykl, nie wykonując przy tym ruchu kierownicą (ruch kierownicą zmienia oś obrotu koła, a co za tym idzie kierunek siły generowanej przez moment żyroskopowy).

Co więcej, gdy skręcamy kierownicą, to zmieniamy położenie osi obrotu przedniego koła. Wtedy działający na to koło moment żyroskopowy wpływa za zachowanie się motocykla. Jeżeli zmieniamy oś obrotu w prawo, wtedy moment żyroskopowy przeciwdziała temu, pochylając koło, a przez jego zawieszenie, także resztę motocykla, w lewo. Przez to pomimo skręcania w prawa, cały motocykl zaczyna pochylać się na lewo i skręcać właśnie w tym kierunku. To nazywa się przeciwskręt, czyli konieczność skręcenia kierownicy w prawo, gdy przy większej prędkości (której towarzyszy szybsze obracanie się przedniego koła i jednocześnie generowanie większego momentu obrotowego) chcemy zmienić kierunek w lewo.

Wyprzedzenie kąta główki ramy

Wyprzedzenie kąta główki ramy to odległość między punktem, w którym przedni widelec dotknąłby ziemi gdyby nie kończył się na piaście przedniego koła, tylko ciągnąłby się dalej aż do zetknięcia z ziemią, oraz punktem faktycznego zetknięcia się opony z podłożem. Gdy skręcamy kierownicą, to skręt na styku opony z podłożem nie jest taki sam, lecz trochę mniejszy. I tym mniejszy, im bardziej pochylony do przodu jest widelec. Efektem tego stanu rzeczy jest ciągłe wężykowanie przedniego koła w lewo i w prawo, w praktyce niewyczuwalne, dopóki koło to nie wpadnie w shimmy. Wężykowanie jest większe, im wyprzedzenie główki ramy jest mniejsze. Jeżeli zamontujemy kierownicę na pionowym widelcu, to taki motocykl będzie wyjątkowo nerwowy. Będzie bardzo łatwo skręcał, jednak przy większych prędkościach będzie go bardzo trudno utrzymać w jeździe na wprost z powodu wężykowania przedniego koła. Z kolei mocno pochylone do przodu, długie widelce, pociągające za sobą dużą odległość między hipotetycznym punktem przecięcia osi widelca z podłożem i rzeczywistym punktem styku opony, minimalizują wężykowanie i w połączeniu z momentem żyroskopowym kół sprawiają, że taki motocykl jedzie niemal idealnie na wprost. Niestety konsekwencją jest to, że taki motocykl prawie w ogóle nie skręca, bo wszelkie ruchy kierownicą są przenoszone na znajdujący się centralnie przed nami punk opony, a w miejscu jej styku z podłożem niewiele się zmienia - w tym punkcie ruchy kierownicą jedynie powodują pochylenie koła w lewo i w prawo, a nie jego skręcanie na osi obrotu.

Więc moment żyroskopowy pomaga nam utrzymać motocykl w pionie, a wyprzedzenie główki ramy zapewnia większą stabilność jazdy, utrudniając trochę skręcanie (tym bardziej utrudniając, im większe jest wyprzedzenia kąta główki ramy).

Co się dzieje, gdy motocykl jedzie do tyłu?

Gdy jedziemy do tyłu, to moment żyroskopowy działa nadal. Jest on związany z obrotem masy koła, a czy do przodu, czy do tyłu, koło się obraca. Jednak wyprzedzenie kąta główki ramy zaczyna działać odwrotnie, niż ma to miejsce przy jeździe do przodu. Przede wszystkim przy jeździe do tyłu wyprzedzenie zmienia się na ujemne, czyli punkt styku opony znajduje się przed punktem przecięcia linii ramy z podłożem. W efekcie motocykl staje się wyjątkowo wrażliwy na skręcanie. Nawet niewielkie skręcenie kierownicy powoduje bardzo duże zacieśnienie promienia skrętu. Nie jesteśmy do tego przyzwyczajeni i przy tak małym promienie skrętu zaczyna na nas oddziaływać bardzo duża siła odśrodkowa, wyrzucając nas na zewnątrz i tym samym jeszcze bardziej powodując skręt kierownicy i zacieśnianie promienia skrętu. Nawet przy niewielkiej prędkości taka sytuacja powoduje szybkie wyprzedzenie tylnego koła przez przednie i w praktyce obrócenie motocykla znów przodem do kierunku jazdy praktycznie w miejscu. Działająca na nas siła odśrodkowa powoduje wyrzucenie nas z motocykla, a sam motocykl bardzo szybko się wywróci. Zasymulowanie takiej sytuacji na motocyklu jest bardzo trudne ze względu na dużą jego masę. Można natomiast na tym filmie zobaczyć, co się dzieje z rowerem i rowerzystą:

Duża nadwrażliwość na ruch kierownicą przy ujemnym wyprzedzeniu główki ramy powoduje szybkie obrócenie roweru znów przodem w kierunku jazdy

Jak widać przy pierwszym ruchu kierownicą rower bardzo nerwowo skręca w odwrotnym kierunku, niż ten do którego jesteśmy przyzwyczajeni, a działające na rower i rowerzystę siły powodują obrócenie pojazdu praktycznie w miejscu. Na lekkim rowerze możliwe jest zapanowanie nad tym zjawiskiem. Jednak w ciężkim motocyklu człowiek nie jest w stanie przeciwdziałać tak dużym siłom i jest wyrzucany z motocykla jak z byka na rodeo.

Problem stwarza też nasz mózg. Jadąc na motocyklu jesteśmy przyzwyczajeni do dociążania przedniego koła. Gdy jedziemy do tyłu, to ruch naszego ciała w kierunku na kierownicę zwiększa siły, oddziałujące na przednie koło i jeszcze bardziej potęguje nerwowość reakcji na skręt kierownicą. Możecie to odczuć, jeżeli jadąc na rowerze z niewielką prędkością na wprost skręcicie kierownicę i naciśniecie na nią mocno całym swoim ciężarem. W efekcie rower jeszcze bardzie zaostrzy skręt, a przy dużym obciążeniu stanie praktycznie bokiem i wyrzuci nas do przodu. Jeżeli jechalibyśmy tyłem motocyklem, to już i tak bardzo nerwową reakcję na skręt kierownicy, wynikającą z ujemnego wyprzedzenia kąta główki ramy, spotęgowalibyśmy siłą nacisku ciężaru naszego ciała. Promień skrętu zawęziłby się do tego stopnia, że tylne koło zatrzymałoby się w miejscu, a przednie w uślizgu objechałoby tylne dookoła i znalazło się znów z przodu w kierunku jazdy. O tym, jak nerwowe mogą być takie reakcje mogłeś się przekonać, gdy mając przyczepkę z kołem podporowym z przodu próbowałeś nią manewrować, nie ciągnąc jej lecz pchają. Jeżeli taka przyczepa zaczynała skręcać, to mogło nie starczyć Ci siły. by znów skierować ją na wprost, tylko obracała Ci się na tylnych kołach jak bączek, a Ty przy zaczepie miałeś darmową karuzelę na wesołym miasteczku.

Rower z ujemnym wyprzedzeniem kąta główki ramy. Zobaczcie co się dzieje z kierunkiem jazdy nawet przy mimowolnych niewielkich ruchach kierownicą.

Jadąc tyłem z ujemnym wyprzedzeniem kąta główki ramy musimy balansować, kręcąc kierownicą odwrotnie, niż podczas jazdy do przodu. Czyli jak motocykl wali nam się na lewo, powinniśmy skręcić kierownicę w prawo. Gdy jedziemy na wprost, to lecąc w lewo wystarczy, że skręcimy w tym kierunku kierownicę i motocykl wróci do pionu, a my będziemy mogli ustabilizować jazdę. Więc przyzwyczajenie z dotychczasowej jazdy motocyklem czy rowerem byłoby kolejną rzeczą, która na początku doprowadzałaby nas do upadków przy jeździe na wstecznym biegu.

Czy nie ma motocykli, które jeżdżą do tyłu?

Tak, nie ma motocykli, które jeżdżą do tyłu. Są wsteczne biegi w dużych motocyklach, jednak nie służą one do jazdy, ale wspomagają kierowcę przy wypychaniu motocykla do tyłu własnymi nogami. Gdy potrzebujemy wycofać motocyklem pod górę, odpychając się do tyłu nogami, to możemy nie mieć wystarczającej siły, by wypchać jego masę. Wtedy włączany jest napęd tylnego koła, zazwyczaj pochodzący z elektrycznej energii rozrusznika, by wspomóc siłę naszych mięśni. Wszystko dzieje się przy minimalnej prędkości (zazwyczaj nieprzekraczającej 8 km/h), bo przy większej prędkości zakończyłoby się to wywrotką nawet przy przypadkowym, niechcącym skręceniu kierownicy. Teoretycznie możliwe byłyby jeżdżące do tyłu motocykle przy zerowym wyprzedzeniu kąta główki ramy. Jednak byłyby one raczej dla wytrenowanych cyrkowych ekwilibrystów, bo taki motocykl byłby ultra reaktywny na ruchy kierownicą zarówno przy jeździe do tyłu, jak i do przodu.