Neem een licht koord of gewoon een touwtje, bind er een zwaar voorwerp aan zoals een sleutel of stevige moer en zwaai het zaakje boven je hoofd in het rond. Doe het eerst in gedachten. Vraag je af hoe en in welke richting de sleutel weg zal vliegen als je het touwtje loslaat. Neem dan op enige afstand van breekbare inboedel de proef op de som.
De sleutel volgt een raaklijn aan de draaicirkel, want dat is conform de eerste wet van Newton. Nadat het touwtje losraakte werkten er nog maar twee krachten op de sleutel: de zwaartekracht en de luchtweerstand en die hebben binnen de korte proefduur weinig invloed op de baan. De sleutel volhardt in de beweging die hij had toen het touwtje losschoot. In 1980 liet 83 procent van de terzake door psychologen ondervraagde psychologiestudenten weten ook wel zoiets verwacht te hebben, al meende 30 procent dat de wegvliegende sleutel een kromme baan zou volgen. Dat doet hij niet, hij volgt een rechte raaklijn. Het stond in Science.
Vreemd genoeg dacht maar 6 procent van de psychologiestudenten dat de sleutel in radiale richting zou wegvliegen, dus recht uit het cirkelcentrum. Dat was nu net wat de AW-redactie in eerste instantie aannemelijk leek: de kant op die de trekkracht in het touwtje steeds had geblokkeerd. Aan intuïtie heb je niets.
Vijfentwintig jaar na de touwtjesproef vroegen Amerikaanse psychologen aan Amerikaanse psychologiestudenten welke ballen uit een verzameling even grote plastic ballen het snelst naar beneden zouden vallen: de lichte of de zware. 39 procent van de studenten, waaronder vooral veel jongenspsychologiestudenten, antwoordde dat ze even hard zouden vallen. De hemel weet waarom, een normaal mens zou toch, net als Aristoteles, veronderstellen dat de zwaarste sneller vallen. De jongensstudenten vermoedden misschien een vuiligheidje of hadden een vage herinnering aan een uitspraak van Galilei.
In werkelijkheid vallen de zware ballen wel degelijk het snelst, de luchtweerstand heeft er naar verhouding net iets minder invloed op. Maar de luchtweerstand voel je natuurlijk niet als je de ballen in je hand hebt, het gewicht wel. Ook krijg je het snelheidsverschil niet makkelijk te zien, tenzij je de ballen van een zwak hellend hellend vlak laat rollen. Maar dan komt het effect van de luchtweerstand pas tot uiting als de helling voldoende lang is. Binnenskamers wordt het niets.
Middeleeuwse opvattingen
Een mens komt niet makkelijk door louter ondervinding tot juiste en nuttige inzichten, dat is de take home message die we hier alvast bekend maken. Het wordt ook vastgesteld in het aardige vakgebied dat ‘naïeve fysica’ is genoemd. Mensen die nooit natuurkunde-onderwijs kregen grossieren bij de verklaring van de wereld in misverstanden, foute veronderstellingen en middeleeuwse opvattingen en daar probeert die fysica wat systeem in te vinden. Het is een pijnlijk gezicht.
Het is dus met enige gêne dat de volwassene die wél natuurkunde-onderwijs kreeg vandaag terugdenkt aan die keer dat hij met zijn kinderen in bergachtig gebied een lange helling af fietste, zónder daarbij te trappen, en verrast werd door de waarneming dat hij aanmerkelijk sneller vooruitkwam dan de adolescenten. De verbazing ging zover dat er zelfs van fiets is gewisseld om te kijken of het daar misschien aan lag – het waren gewone stadsfietsen. Maar genoeg hierover!
Door zich breed te maken en zoveel mogelijk rechtop te gaan zitten, waarbij hij het stuur moest loslaten, kon de volwassene-voornoemd het tempo van zijn afdaling wat temperen. Tot hij het stuur weer haastig vast moest grijpen omdat het voorwiel van zijn fiets als een razende heen en weer ging zwabberen en er gevaar van ontsporing dreigde.
Shimmy heet dat, of speed wobble, en de doorsnee-stadsfietser kent het verschijnsel misschien uitsluitend van winkelwagentjes met een hysterisch voorwiel. Maar YouTube heeft veel voorbeelden van wielrenners en motorrijders die door een shimmy worden getroffen. Vooral voor motorrijders is het fenomeen levensgevaarlijk, zij noemen een fatale shimmy een tank slapper.
Op internet schort het niet aan tips om uit een gevaarlijke shimmy te raken. Zó groot is de angst voor de shimmy dat wetenschappers hun artikelen over de shimmy van de racefiets vaak met hoogst persoonlijke adviezen afsluiten: heel behoedzaam remmen en vooral vaart minderen door overeind te komen en de luchtweerstand te vergroten. Anderen raden aan uit het zadel te gaan en de horizontale framebuis tussen de knieën te klemmen. (Het sluiten van mond en ogen is niet nodig.)
Interessant is dat van een wielerpeloton dat aan een afdaling bezig is vaak maar één renner door een shimmy wordt getroffen. Dat is wel het voornaamste kenmerk van het fenomeen: de willekeur, een wielrenner wekt niet makkelijk op commando een shimmy op. Op zijn minst moet zijn snelheid boven de 45 km/u liggen, en dan nog is het wachten op de juiste verstoring die voorwiel en vork kan ‘aanslaan’. Die kan komen van een wegoneffenheid of een verplaatsing van de rijder.
De frequentie waarmee het voorwiel gaat zwabberen ligt bij bijna alle racefietsen rond de 7 hertz (zeven schommelingen per seconde), dat is te snel om er tegenin te kunnen sturen. De rijsnelheid heeft er geen invloed op, want het shimmyen is een resonantie-verschijnsel: de frequentie is een eigenschap van de combinatie frame en berijder. De trilling wordt door de kinetische energie van de fiets in stand gehouden.
Het lijkt wel zeker dat er frames zijn te ontwerpen die onder normale omstandigheden niet zullen gaan resoneren. Het onderzoek daaraan, zoals dat bij Google Scholar in beeld komt, is van een niveau dat zelfs veel niet-naïeve fysici te hoog zal zijn.
