จักรยาน (Bicycle) คือ การขนส่งโดยใช้พลังงานที่ได้จากมนุษย์ ขับเคลื่อนโดยการกดลูกบันได มีสองล้อเชื่อมต่ออยู่กับเฟรม ล้อทั้งคู่เรียงกันในทิศทางเดียวกัน ประหยัดพลังงานแก๊สและน้ำมันในการใช้ยานพาหนะในการเดินทาง โดยคนที่ขับขี่จักรยานเรียกว่านักปั่นจักรยาน
รถจักรยานรุ่นใหม่ คือ รุ่นที่ใช้โซ่ส่งถ่ายกำลัง (chain driven bicycle) มีมาได้ประมาณ 129 ปีแล้ว ในประเทศแถบยุโรป เช่นประเทศเนเธอร์แลนด์ เดนมาร์ก เยอรมนี และสวีเดน เป็นอาทิ ใช้กันอยู่ทั่วไปในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะไปทำงาน หรือไปเรียนหนังสือ ฯลฯ ในประเทศไทยของเราก็มีคนนิยมขี่จักรยานกันมากขึ้นในปัจจุบัน ด้วยเหตุผลประกอบกันหลายประการ เช่น เป็นยานพาหนะที่มีประสิทธิภาพที่สุด กล่าวคือสามารถเปลี่ยนพลังงานของคนขี่ให้เป็นพลังงานจลน์ของทั้งรถจักรยานและคนขี่ได้ถึงประมาณ 90 % มากกว่ารถยนต์ (เปลี่ยนพลังงานในน้ำมันเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานจลน์ของรถ) ถึง 25 เท่า การขี่รถจักรยานไม่ก่อให้เกิดมลพิษใดๆ ราคาไม่แพง ได้ออกกำลังกายไปด้วย เป็นการนันทนาการที่ดีของครอบครัวหรือหมู่
จักรยานจะประกอบด้วยตัวถังจักรยาน(เฟลม), อาน(เบาะนั่ง), แฮน, ล้อจักรยาน, ชุดเบรคจักรยาน, ชุดจานปั่นและโซ่จักรยานประกอบกันรวมเป็นจักรยาน1คัน ขับเคลื่อนที่ออกแรงถีบกลไกให้ล้อหมุน
การออกแบบจักรยานมีผลกระทบอย่างมากต่อสังคม ทั้งในด้านของวัฒนธรรม และความก้าวหน้าของอุตสาหกรรม ส่วนประกอบหลาย ๆ อย่างเป็นแรงผลักดันที่เกิดจากการพัฒนาของรถยนต์และนำมาใช้กับจักรยานรวมถึง ลูกปืน ยางที่ใช้ลม โซ่ขับเคลื่อน เฟืองเกียร์ และ ซี่ลวด
ปัจจุบันจักรยานมีหลายชนิด มีตั้งแต่ 1 ล้อ(จักรยานล้อเดียว) ไปจนถึงจักรยานหลายล้อ ยังมีประเภทดัดแปลงแบบแปลกๆ เช่นมีล้อหน้าใหญ่ แต่ล้อหลังเล็ก จักรยานยังใช้เป็นเครื่องมือในการแข่งขันกีฬาอีกประเภทหนึ่ง
จัดแบ่งประเภทของจักรยาน
1. จักรยานประเภทใช้งานทั่วไป เป็นจักรยานโดยทั่วไปใช้งานในชีวิตประจำวัน หรือที่เรียกกันว่าจักรยานจ่ายตลาด, จักรยานแม่บ้าน, จักรยานเด็ก เป็นต้น โดยจักรยานจะประกอบสำเร็จรูปพร้อมใช้งานได้ติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆครบถ้วน มีราคาถูก ราคาจักรยานเริ่มต้นที่หนึ่งพันบาทหาซื้อได้ง่ายที่ร้านขายจักรยานทั่วไป
2. จักรยานประเภทใช้แข่งการกีฬา เป็นจักรยานในลักษณะเสือหมอบ ตัวจักรยานมีการติดตั้งเกียร์จักรยานเสริมเข้าไปมีตั้งแต่ 5เกียร์ ถึง 14เกียร์ เฟลมตัวถังจักรยานแข็งแรงมีน้ำหนักเบา ออกแบบให้เพียวลม ยางรถจักรยานมีลักษณะผอมบางแต่ทนแรงกดดันได้สูง ราคาจักรยานที่ใช้แข่งเริ่มต้นที่หลักหมื่นปลาย
3. จักรยานประเภทใช้ออกกำลัง สปอร์ต ท่องเที่ยว เป็นจักรยานที่ผสมผสานระหว่างจักรยานที่ใช้งานทั่วไปรวมเข้ากับจักรยานที่ใช้แข่งขัน ออกมาในรูปแบบจักรยานไฮบริด Hybrid ออกแบบลักษณะการใช้งานที่ลุยได้ทุกพื้นที่ ใช้งานในเมือง ใช้งานในป่า ขึ้นเขาก็ได้ ราคาจักรยานไฮบริดเริ่มต้นแบบถูกๆที่หลักพันปลายๆ
ปัจจุบันความนิยมของจักรยานได้ถูกจัดแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ
1. จักรยานประเภทถนน
2. จักรยานประเภทวิบาก
การหัดขี่จักรยานทำได้ไม่ยาก และเมื่อขี่เป็นแล้วก็ไม่ต้องคอยจดจ่ออยู่กับการควบคุม สามารถขี่ไปโดยไม่ล้ม นี่เป็นผลจากการออกแบบที่รู้จักนำหลักการทางฟิสิกส์มาใช้
ทำไมจักรยานจึงไม่ล้มไปทางซ้ายหรือขวา เคยเล่นเลี้ยงท่อนไม้ให้ตั้งบนมือหรือไม่ ถ้าท่อนไม้เอนไปข้างหน้า มือจะเคลื่อนไปข้างหน้าทันที ถ้าท่อนไม้เอียงไปทางขวา มือจะเคลื่อนไปทางขวา เพื่อรักษาศูนย์ถ่วงของไม้ให้อยู่บนจุดหมุน
ขณะขี่จักรยาน ผู้ขี่สามารถรักษาสมดุลไว้ได้ ( โดยเฉพาะกรณีที่ขี่ช้า ) ด้วยเหตุผลเดียวกับการเล่นเลี้ยงท่อนไม้ เมื่อจักรยานเอียงไปทางซ้าย ศูนย์ถ่วงของผู้ขี่จักรยานและรถจะเคลื่อนไปทางซ้าย หากขยับแฮนด์รถบิดไปทางซ้ายให้พอเหมาะจุดสัมผัสพื้นของล้อหน้าจะเคลื่อนไปทางซ้ายเช่นกัน ทำให้รักษาศูนย์ถ่วงใหม่ไว้ได้
เมื่อขี่จักรยานจนชำนาญแล้ว ผู้ขี่ไม่จำเป็นต้องใจจดใจจ่อคอยขยับแฮนด์รถตลอดเวลา เพราะเส้นแนวแกนของแฮนด์รถไม่ได้ผ่านจุดสัมผัสพื้นของล้อหน้า แต่อยู่ที่แนวดิ่งที่มีระยะห่าง l จากจุดสัมผัสพื้น ตามที่แสดงไว้ในรูป (2) ซึ่งก็คือแขนของแรงที่แรงเสียดทานที่พื้นมีต่อแนวแกนเมื่อจักรยานเอียงไปทางซ้าย แรงเสียดทาน f ที่พื้นจะเกิดโมเมนต์ของแรง (f´l) กระทำต่อล้อหน้า และโมเมนต์ของแรงนี้จะทำให้ล้อหน้าบิดไปทางซ้ายพอดี ดังนั้นเราจึงสามารถอาศัยแขนของแรงนี้รักษาสมดุลของรถจักรยาน แม้ว่าเราจะปล่อยมือได้ แต่โครงสร้างของจักรยานในรูป (1) นั้นจะไม่สามารถขยับแฮนด์รถเพื่อรักษาสมดุลได้ จำเป็นต้องเอียงตัวไปมาจึงจะรักษาสมดุลไว้ได้
นอกจากนี้ตะเกียบของล้อหน้าที่โค้งงอจะทำให้แกนล้อOมีระยะห่างiกับแกนของแฮนด์รถดังที่แสดงไว้ในรูป(4)เมื่อเป็นเช่นนี้ในเวลาที่ขยับแฮนด์รถ ล้อหน้าจะต่ำลง ดังแสดงในรูป(3)แต่เนื่องจากพื้นดินไม่สามารถเลื่อนต่ำลงได้ จึงทำให้รถและผู้ขี่ถูกยกสูงขึ้น(ยกขึ้นสูงสุดเท่ากับh )เมื่อปล่อยมือจากแฮนด์รถ น้ำหนักของรถและผู้ขี่จะกดทับให้ล้อหน้าเคลื่อนไปเป็นแนวตรง กล่าวคือ ถึงแม้จะปล่อยมือจากแฮนด์รถ แต่แฮนด์รถยังสามารถรักษาตำแหน่งที่ทำให้รถเคลื่อนที่ไปเเป็นแนวตรงได้โดยอัตโนมัติ แม้จะทับถูกกรวดบนพื้นถนนแฮนด์รถก็ยังหันตรงได้เอง โครงสร้างในรูป(5)นั้นระยะiน้อยมาก จักรยานแบบนี้จะรักษาสมดุลได้ไม่ดี แต่จะมีความคล่องตัวมากกว่า เมื่อมีอีกคนหนึ่งมานั่งบนคานด้านหน้าจะทำให้จักรยานมั่นคงขึ้นก็มาจากเหตุผลเดียวกัน
การเคลื่อนที่ของรถจักรยาน
ในรถจักรยานมีเรื่องราวทางฟิสิกส์หลายเรื่อง อย่างการเคลื่อนที่ของรถจักรยานก็สามารถเข้าใจได้ไม่ยากโดยใช้กฎของเซอร์ ไอแซค นิวตัน รถจักรยานเคลื่อนที่ได้เพราะล้อหลังถูกทำให้หมุน โดยการที่คนขี่ออกแรงถีบที่บันได (pedal) F ซึ่งทำให้เกิดทอร์ค (torque) ขึ้น จานหน้า (chain wheel หรือ chainring) หมุนด้วยความเร็วเชิงมุม (angular velocity) ω0 แต่จานหน้ากับเฟืองหลัง (rear sprocket) ที่เชื่อมโยงกันโดยโซ่ (chain) เป็นเหมือนกับระบบรอก (pulley system) นั่นเอง
-ขอบคุณแหล่งข้อมูล https://www.scimath.org
