수학이 빛나는 순간 : 더 나은 자전거 설계하기 Bicycles

자전거는 상당히 간단하지만, 자전거를 안정적으로 유지하는 힘이 무엇인지,

사람이 타지 않았을 때 (속도가 유지되는 한) 어떻게 균형을 유지하는지 등,

한 세기가 넘도록 해결되지 않은 흥미로운 질문들이 있습니다.

수학자, 물리학자 및 공학자들은 미분방정식, 기하학 및 선형대수학이 개입된

수학적 모델링을 이용하여 이러한 질문들에 답하고,

또한 흔히 사용하는 것보다 쉽게 균형을 잡고 조종할 수 있는 새로운 설계의 자전거를 실험합니다.

현재의 자전거 디자인은 엄격한 수학적 분석보다는 시행착오를 겪으며 발전해 왔습니다.

최근 연구자들은 수학 및 역학의 도움으로

자전거의 주요 구성 요소인 바퀴, 프레임 및 스티어링 포크를 설명하는 방정식을 만들고,

이를 사용하여 안정성을 얻기 위해서는 앞바퀴와 지면의 접촉점이 조향축 뒤에 있어야 한다는

오래된 기본 가정과 모순되는 발견을 하였습니다 [삽화 참조].

처음에는 수학으로, 다음에는 실험을 통해

기본가정에 벗어난 자전거가 여전히 안정적임을 검증했습니다.

연구자들이 자전거 운동을 특징짓는 정확한 방정식을 얻었으므로,

컴퓨터 혹은 종이와 연필을 써서,

미래의 자전거 혁신을 선도할 새로운 개념을 탐색할 수 있게 되었습니다.

 

For More Information: “Physics on Two Wheels,” Brendan Borrell, Nature, July 21, 2016, pp. 338–341.

 

출처 :

대한수학회 http://www.kms.or.kr

미국수학회 https://www.ams.org