Sykkel

Historie

Sykkelen som oppfinnelse kan ikke krediteres til én bestemt person. Det foregikk en utvikling hvor pedaler, kjedetrekk og gir ble tilføyd sparkesykkelen, som var den første konstruksjonen som lignet nåtidens sykler.

Sparkesykkel

Det er heller ikke sikkert hvem som oppfant sparkesykkelen. Det finnes angivelig tegninger laget av Leonardo da Vinci-eleven Giacomo Caprotti som forestiller en sykkel, men det er omstridt hvorvidt det er en forfalskning og om konstruksjonen faktisk kunne fungere som en sykkel. Andre kilder angir greven av Sivac som oppfinneren, da han i 1791 skal ha konstruert en sparkesykkel, men teorien er omstridt.

Langt mer pålitelige er beretningene om tyske Karl von Drais, som i 1817 fant opp det som skulle bli kalt «dresinen». Her var det snakk om en tohjulet sparkesykkel hvor syklisten satt overskrevs og sparket seg frem ved å sette bena på bakken. Denne sykkeltypen ble angivelig produsert i flere tusen eksemplarer.

Den første pedaldrevne sykkel

Den første pedaldrevne sykkelen ble konstruert av skotten Kirkpatrick Macmillan i 1839. Pedalene dro bakhjulet rundt ved hjelp av strenger og hadde ikke noe kjede. Denne typen ble plagiert av mange, men slo ikke bredt igjennom.

Velosiped

Rundt 1860 satte en franskmann pedaler rett på forhjulet. For å kunne kjøre raskere, økte man størrelsen på forhjulet, og dermed ble den karakteristiske «veltepetteren» (velosipeden) utviklet. Velosipeden ble svært utbredt, men sykkelen var ennå hovedsakelig et redskap for den øvre middelklassen. Ordet «velosiped» kommer fra fransk, sammensatt av de latinske uttrykkene velox (hurtig) og pes (fot).

«Sikkerhetssykkelen»

Sykkelen med kjedetrekk til bakhjulet ble funnet opp i 1879, men ble først utviklet i en populær utgave i 1885. Denne typen var langt lettere å stige på og av enn velosipeden, og ble derfor kjent som «sikkerhetssykkelen». Ved å bruke forskjellig størrelse på kjedets tannhjul var det fortsatt mulig å holde en høy hastighet. Det er grunnkonstruksjonen av denne sykkeltypen som stort sett tilsvarer dagens sykler.
Engelskmannen Joseph Lucas konstruerte i 1879 en oljelykt som kunne monteres på akslingen. Den ble kalt en navlykt og var den første egentlige sykkellykten. Mange forskjellige løsninger dukket etterhvert opp, og både stearin- og karbidlykter ble brukt før den første elektriske lykten så dagens lys i USA i 1898.

Sykkelproduksjon i Norge

Produksjonen av sykler i Norge begynte på 1890-tallet. Det er registrert over 1300 norske sykkelmodeller, men det antas at det kan ha blitt laget så mange som 2000 forskjellige modeller. I de drøyt hundre årene det ble laget sykler i Norge har det vært mellom 300 og 400 sykkelfabrikker. Det har ikke blitt produsert sykler i Norge siden 2000 da DBS-fabrikken i Sandnes ble lagt ned, og det meste av produksjonsutstyret ble solgt til Brasil.

Sykkelen i samfunnet

Allerede fra begynnelsen av det 20. århundre ble sykkelen populær også blant andre enn den øvre middelklassen, selv om prisen for en sykkel oversteg månedslønnen for en ung pike på landet.
Sykkelen gav større bevegelsesfrihet i forhold til offentlige framkomstmidler som trikk, tog og buss. Da bilen ikke var en økonomisk mulighet for så mange, var sykkelen det opplagte midlet til både person- og varetransport. Populariteten steg i en slik grad at trafikkbildet i byene var fullstendig preget av sykler fra 1920 til 1950.
Under andre verdenskrig (1940 - 1945) var bensinen rasjonert og dette økte sykkelens betydning som transportmiddel. Sykkelen ble det viktigste transportmidlet, og spilte en meget viktig rolle i tidens varetransport.
Først fra midten av 1960-årene ble bilen så utbredt at sykkelen kom til at stå i skyggen av biltrafikken. Sykkelbruken dalte i samme takt som biltrafikken vokste. Denne utviklingen varte helt frem til midten av 1970-tallet, da oljekrisen og en sterk miljøbevegelse var med på å gjøre sykkelen populær igjen.

Fysikken bak å holde en sykkel i balanse – kjøredynamikk

I motsetning til den typiske oppfatning, spiller gyroskopiske effekter bare en begrenset rolle i balansen og styringen av sykkelen. Enhver rytter vil si at hun aldri lener seg til sykkelen (som gyroskopkrefter kunne innby til), men at hun alltid kontrollerer den.
En tohjulssykkel er prinsipielt stabil i bakover-forover-retningen (men den kan oppleve en fremover-roll ved forhjulsbremsing i nedoverbakke). Når sykkelen ikke ruller er stabilitet i sideretningen ikke gitt og det kan være vanskelig å holde balansen. Når sykkelen derimot ruller kan rytteren ved hjelp av styret bestemme nøyaktig hvor kontaktpunktet med bakken – sideveis i forhold til kroppens posisjon – skal være. Eksempelvis svinger rytteren kort mot høyre hvis han står i fare for å falle mot høyre; derved flyttes bakkekontakten mot høyre og det oppnås en loddrett, balansert posisjon igjen. 
I svinger er den stabile posisjonen ikke helt loddrett, men finnes i en vinkel som er gitt av kombinasjonen av tyngdekraften og systemets sentrifugalkraft. 
Styring skjer generelt ved en kombinasjon av tilført ubalanse og en litt forsinket gjenoppretting av den. Dette kan gjøres fordi tiden som ubalansen tar er mye kortere enn systemets tidskonstant (tiden som det tar å falle sidelengs). I denne korte tiden er sykkelens retning blitt endret og balansen til slutt blitt gjenopprettet. Matematisk kan en si at forhjulets kontaktpunkt mot bakken flyttes så langt til siden som integralet av avviket fra balansert vinkel, og hastigheten, tilsier. I høy fart er bevegelsen av styret langt mindre enn ved lav fart. Styringens detaljer utføres ubevisst av rytteren. Rytteren bruker en intuitiv tilbakekopling for styring; han korrigerer instinktivt, styrt av det faktiske avviket fra ønsket posisjon eller retning. Å trene opp dette instinktet er det samme som å lære å sykle.
Styreaksevinkelen  mot bakken (sett fra siden) er som regel noe mindre enn 90 grader (altså plogvinkel), hvilket gjør at forhjulets bakkekontakt ligger bak forlengelsen av akselinjen. Dette er gjort slik for å øke sykkelens stabilitet. Styring og balansering kan da gjøres ved sideveis bøyning av overkroppen for å justere systemets tyngdepunkt uten bruk av hender på styret. 
Ett-hjulssykkelen er lik tohjulssykkelen i sideretningen, men i tillegg må rytteren flytte punktet for bakkekontakten i kjøreretningen (fremover og bakover). For å oppnå dette er pedalene fastkoblet til hjulet og det er ingen frigang. Rytteren benytter gjerne pendling av tyngdepunktet bak-frem for økt kontroll også i sideretningen, ved å dreie på kjøreretningen.

Konstruksjon

Sykkelen består av en mengde løse komponenter sammenstilt til én fungerende enhet. En ufullstendig oversikt over forskjellige komponenter benyttet på sykkel kan sees i liste over sykkeldeler.

Sykkelhjulet

Sykkelhjulet ser enkelt ut, men er en meget gjennomtenkt konstruksjon.
Hjulenes kombinasjon av lett vekt og stor styrke oppnås i sideretningen ved at eikene er satt i en V-form sett bakfra i nedre halvdel av hjulet. Eikene strammes til ved hjelp av innstillbare muttere som vanligvis er plassert i felgen. Felgen blir slik utsatt for store statiske krefter som søker å gjøre den mindre. At felgen motsetter seg dette fører til store strekkrefter i eikene, og derved stor styrke i hjulet. En hovedsak er at eikene alltid er i spenn og at spennet forandres relativt lite om eiken er oppe (mye strekk) eller nede (mindre strekk).
Styrken i kjøreretningen, som er nødvendig på hjul som driver og på hjul med navbrems, oppnås på tilsvarende vis ved at eikene også er fordelt mellom begge sider av navet sett fra siden. Av den grunn krysser eikene hverandre.
Ujevnhetene i bakken ville være plagsomme for rytteren hvis ikke to mekanismer sørget for å redusere virkningen av dem. Den ene er de luftfylte dekkene som demper rystelser for både sykkel og rytter, og samtidig reduserer slagkrefter til hjulene. Den andre er fjærene i sykkelsetet (ikke alle sykler har avfjæret sete), som utligner større ujevnheter, men bare for rytteren. Det finnes også fjæringssystemer for for- og bakhjul på noen mer moderne sykler. De øker prisen og energiforbruket.
Vanlige hjulstørrelser idag er 20", 24", 26", 29", 650C og 700C. Det benyttes også andre hjulstørrelser.

Kraftoverføring og girsystem

De fleste moderne sykler settes igang ved kraftoverføring fra pedaler via drev til bakhjul via et sykkelkjede.

Frihjulskobling

Mange sykler har et frihjul i navet på drivhjulet, som gjør at hjulet kan trille uten å drive pedalene rundt. En ulempe med frihjul er at pedalene ikke kan drive hjulet baklengs. Derfor brukes frihjul først og fremst på tohjulssykler, som ikke skal rygge, og ikke på etthjuls- og trehjulssykler. 
Sykler med frihjulskobling kan ha pedalbremser. Disse aktiveres ved å trå pedalene bakover. Dette er ikke forenlig med kjedegir, som de fleste moderne sykler har, fordi kjedestrammeren gir etter ved bakover-tråkk.
Enkelte sykler, for eksempel banesykler, har fastnav, dvs. uten frihjulskobling. En rytter med en slik sykkel kan ikke avslutte rundbevegelsen med bena når sykkelen er i fart, da bakhjulet vil stoppe opp.

Styrings- og sadelsystem

Styret er koblet fast til hjulet via en styreaksling. Styret kan ha forskjellige former alt etter sykkelens type. Det kan være flatt, eller med såkalt «rise» (heving) og vinkel tilpasset rytterens henders posisjon. Landeveissykler og sykkelcross-sykler har som regel bukkehornsstyre.
Setet gir syklisten mulighet til å avlaste ben fra den statiske belastningen det er å holde kroppen oppe under sykling. Videre kan setet bidra til å dempe større, langsommere bevegelser og styrke stabiliteten for kropp-sykkel-kombinasjonen. Hvis kjøringen vil medføre ubehagelig store bevegelser av setet i kjøreretningen, særlig over en skarp topp, kan rytteren reise seg fra setet den tiden støtet tar. Ved å reise seg i pedalene opp steile bakker kan syklisten også oppleve å få økt krafttilførsel til pedalene.

Støtdemping

Terrengsykler har i tillegg oftest gaffel med støtdemping foran, bak eller på begge hjul. Støtdemping kan være behagelig, kan øke trygghet ved sykling på ujevnt underlag, og heve fartsterskelen ved sykling i terreng.
Dempersystemet består av en fjærende enhet (for eksempel luft, fjær eller gummi) som absorberer slag, og en dempende enhet (olje, luft), som reduserer farten og gjør det mulig å justere farten på den fjærende enheten ved kompresjon og tilbakegang.
Dempersystem kan medføre energitap hvis syklisten ikke er istand til å kontrollere tråkket. Særlig på lengre grusritt og for uerfarne syklister kan dette være et problem. Enkelte dempersystemer har derfor såkalt «lockout», som kan benyttes for å blokkere vandringen når det er ønskelig. Hendelen som benyttes for å blokkere demperen kan være plassert på selve gaffelen eller på styret, en såkalt «remote-lockout».
Dempergafler for vanlige terrengsykler leveres med vandring på 80 mm og 100 mm. Det finnes dempergafler med vandring mellom 30 og 200 mm, førstnevnte for bysykling og sistnevnte for utforsykling.