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(정보글, 움짤 용량) 카운터스티어와 두발이의 운동에 대한 역학.ARBZ

H3nry_B1ackburn갤로그로 이동합니다. 2024.06.23 17:41:23
조회 170 추천 7 댓글 8
														

**어그로를 끌어볼 심산으로 제목을 정보글이라고 지었지만 그저 유튜브 움짤 몇 개 렉카해 온 것에 불과함을 알립니다.**


선요약: "3살 때부터 자전거 타는 법을 배운 이상, 의식적으로든 무의식적으로든 카운터스티어링을 하는 방법을 알고 있습니다. 저는 사람들이 카운터스티어에 대해 지나치게 많이 고민하거나 카운터스티어 "이외의 방법"으로 조향하느라 시간을 낭비하지 않았으면 좋겠어요." -Ryan, FortNine. 


 바이크의 코너링에 대해서 조금이라도 알아보고 배우려고 해 본 사람이라면 인터넷에서 '카운터 스티어링'이라는 단어를 분명히 접해봤을 것이다.

특히나 유명한 것은 역시 키스 코드의 코너링 바이블. 나도 원동기면허조차 못 따는 나이부터 1시간이 넘는 영상을 두어번 정주행했던 기억이 나는데 그 와중에도 처음에는 카운터스티어링이 뭔가 보여줘도 알아먹지 못했던 기억이 있다. 

 도대체 그놈의 카운터 스티어링이 뭐길래 그 기술을 쓰면 코너를 빠르게 날카롭게 돌아나갈 수 있다거나 뭐 위험하니 쓰지를 마라거나 의식하지 않아도 쓴다거나 한다는걸까? 도대체 정체가 뭐길래 내가 의식하지도 않고 쓰고 있다는건가? 핸들을 가고싶은 방향으로 밀라고? 반대로 꺾으라고? 언제, 어떻게 얼마나?


 그래서 카운터스티어가 이륜(심지어는 이따 나올 외륜자전거까지!) 운행체에 어떤 작용을 하는지 복잡한 물리학적 수식 없이 직접 몸을 던져 실험해주신 외국 유뚜바 성님덜의 영상을 호로록 쪄와서 손쉽게 알아볼 수 있도록 하자. 

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 바이크를 만약 사륜차처럼 좌회전을 하려면 핸들을 왼쪽으로 틀고, 우회전을 하려면 핸들을 오른쪽으로 틀면 된다(이것을 영어로 Normal Steering이라고 부른다)고 알고 있는 사람들이 많다. 그래서 그것이 사실인지를 확인하기 위해 스템에 (의역) Jointed Turn Bar Control, JTBC라는 범퍼를 박았다. 이 장치는 왼쪽 범위를 지키기 위해 절대로 구부러지지 않아서 JTBC를 맞닥뜨린 사람은 누구든 가운데에 있거나 오른쪽으로 틀어지게 된다. 카운터스티어링이 필요가 없으면 이걸 JTBC를 왼쪽에 박아놔도 직진과 우회전은 가능하겠지?

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*콰당*


바이크가 아니라 가벼운 자전거조차도 핸들이 한 방향으로만 돌아가도록 원격으로 잠글 수 있는 장치를 달고 오른쪽으로 가고싶어서 왼쪽이 잠긴 자전거를 몰았다가는

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핸들을 오른쪽으로 틀면? 

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*와장창*


자전거는 왼쪽으로 쓰러진다. 


누굴 시켜 봐도

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*와장창*


길가던 사람을 아무나 섭외해서 자전거로 선회를 하게 시켜도 자연스럽게 카운터스티어가 나오는 것을 볼 수 있다. 

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오냐, 경험적으로 실험적으로 카운터스티어랍시고 핸들을 틀면 반대로 쓰러지는 건 알겠는데, 어떤 원리로 되는건지 물리적으로 설명을 해봐라 

라고 한다면 먼저 바이크를 앞에서 봤을 때의 자유물체도를 간단히 그릴 수 있겠다. 


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핸들을 직진 상태에서 오른쪽으로 틀면, 타이어로부터 오른쪽으로 회전하려는 구심력이 "바닥"에서 바이크에게 작용한다.

물리적으로 무게중심(회전축)에서 떨어진(이 거리를 모멘트암이라고 한다) 힘은 물체를 '회전'시킨다. (모멘트가 없는 힘만 작용한다면 물체는 회전 없이 translation(병진운동)을 하게 된다) 아무 연필이나 펜 중간을 잡고 끝을 밀거나 당기면 펜이 손꾸락을 중심으로 돌아가게 된다. 

정확히 똑같은 원리로 바이크가 눕기 "시작"한다. 일단 바이크가 누웠다면 


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꼬깔콘 모양의 바이크 타이어를 따라 핸들이 선회하고자 하는 방향으로 돌아가고 코너링을 하게 되는 것이다. 


 이 원리는 바이크, 자전거를 가리지 않으며 심지어 외발자전거, 망치나 접시돌리는 막대처럼 '역진자(inverted pendulum)'로 모델링할 수 있는 모든 물리적 현상에 적용이 가능하다!

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외발자전거도 좌회전을 하기 위해선 먼저 오른쪽으로 살짝 틀어서 몸을 왼쪽으로 기울여 돌아나가야 하고


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빗자루를 거꾸로 들고 무작정 앞으로 가면 빗자루는 반대쪽으로 쓰러진다. 

영상을 다 봐보면 알겠지만 스티어링 없이는 사실 직진조차 불가능하다. 


 여기서 자전거의 지오메트리에 대해 잠깐 맛을 봐보자

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1. 캐스터 효과: 구조적으로 이륜 운행체는 조향륜의 컨택 패치가 핸들의 회전 축의 뒤에 있다. 회전 축과 거리를 두고 작용하는 힘은 위에서 설명했다시피 모멘트를 발생시키고, 물체를 회전시킨다. 


2. 무게배분: 또한 핸들의 무게배분 자체도 회전축에 비해 약간 앞으로 쏠려 있어서, 물체가 한 쪽으로 기울면 핸들의 무게중심에 작용하는 중력이 회전축에 대해 모멘트를 발생시켜서, 물체를 회전시킨다.


3. 자이로 효과: 설명하려면 많이 좀 복잡하지만 회전하는 물체의 회전축을 쓰러뜨리려고 하면 그것에 저항하면서 그 에너지를 다른 방향의 회전으로 상쇄시키려고 한다. 따라서 선회에 도움을 약간 준다. 



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이런 복합적인 원리로 인해 탑승자가 타있지 않은 자전거도 구조적으로 굴러가기만 하면 이런 울퉁불퉁한 언덕에서도 균형을 유지할 수 있는 것이다. (많이들 셀프 스티어라고 부르는 것)


물론 저 3개가 다 필요한 것은 아니다. 아래 자전거는 바퀴 위에 반대로 회전하는 바퀴를 달아 자이로 효과를 없애고, 컨택 패치가 핸들의 회전 축 앞에 있어서 캐스터 효과도 없다. 하지만 무게배분에 의해 스스로 조향하며 균형을 잡는 모습을 보여준다. 

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바이크의 스티어링은 사실 바이크의 모든 균형을 통제하는 중추적 요인임을 보여주는 실험이다.

+ 이것 때문에 핸들이 털리면 가능한 한 핸들에 힘을 가하지 말고 바이크가 스스로 균형을 잡을 수 있도록 손 떼고 하늘에 기도나 하라고 가르치는 것이다. 


"아닌데요! 카운터스티어 안하고 체중이동만으로 충분히 선회각이 나오는데요!"

라는 주장을 위해 코너링 바이블에서도, F9에서도 탱크에 따로 막대기를 부착하여 실제 핸들바는 손을 대지 않고 자유롭게 움직이며(본드칠한게 아니다!) 오직 체중이동으로만 얼마만큼의 선회력이 나오는지 실험하였다.

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체격이 꽤 있는 남성이 작고 가벼운 바이크에 올라탔음에도 굉장히....느리고...심지어는 몸을 기울였다가 세우자마자 바이크가 누웠다가 다시 서는 모습이 보인다.


마치 회전 의자 위에서 발을 땅에 대지 않고 몸의 반동으로만 의자를 돌리려고 시도하는 것과 비슷하다. 

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짤에서 볼 수 있듯 결국 작용 반작용의 결과로 상쇄되고 많다.


추가로 아래 짤에서 볼 수 있듯 그냥 손가락 하나로 톡 밀면 바이크가 그쪽으로 기울고 간다. "People think counter steering is some big huge dramatic punch on the handlebars, it's not." -MotorJitsu 카운터가 진짜 대단한 신기술같은게 전혀 아니라는 뜻이다. 


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따라서 우리가 자전거를 타든, 오토바이를 타든, 이미 충분히 카운터스티어를 사용하고 있으며, 이것은 절대로 대단한 코너링 기술이 아니라 바이크의 균형을 변화시켜 "눕힘을 시작하는" 아주 간단하고 "유일한" 방법임을 알아주었으면 한다. 


이런 쓰잘데없는 장문을 쓴 이유는 순수하게 우리 바붕이들의 교양 함양과 정보 전달과 같은 공익적 목적과는 절대로 관련이 없으며 어느 념글의 윾동이 아무것도 모르고 카운터스티어는 잡기술이라며 내려치기를 하는 와중에 위에서 언급한 모든 설명과 영상 링크를 싸그리 무시한채로 '아무튼 잡기술이며 아만보일 뿐이며 니가 이겼으며 모토지피를 봐봐라 아무도 카운터스티어를 쓰지 않으며 영상은 보지 않았지만 내 말이 맞으며 물리학에 감히 말대꾸?" 라는 '저희 같은 일반인은 논문을 보지 않아도 알 수 있다'는 여가부스러운 태도 및 가설설정, 변인통제, 실험적 검증, 결론도출이라는 중1때부터 배우는 과학적 방법론을 완전히 등진 채로 과학을 운운하는 태도, 그리고 키배가 벌어진 댓글을 통째로 지워버리는 태도에 바가지가 개씨게 긁혔기 때문이라는 본인의 소인배적 태도에서 말미암았음을 밝히며 글을 마친다. 


퍼온 영상:

FortNine - Can a Flat-Tread Motorcycle Turn? How Motorbikes Steer

https://youtu.be/vSZiKrtJ7Y0?si=l-CdyCqF-GbW7tGR


Veritasium - Most People Don't Know How Bikes Work

https://youtu.be/9cNmUNHSBac?si=1R-hm5Zwtr8DKkSf

 



MotoJitsu - ONE FINGER Counter Steering Demonstration

https://youtu.be/xNvdB6pMdx0?si=Jmjf9JHSDSJc8Dfq



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