Prečo zníženie hmotnosti bicykla toľko ovplyvňuje rýchlosť
Snažím sa pochopiť fyziku hmotnosti bicykla. Práve som prešiel z 11 kg závodného bicykla na 8 kg závodný bicykel (je zrejmé, že medzi týmito dvoma bicyklami je oveľa viac faktorov a rozdielov ako váha) a videl som výhodu zníženia hmotnosti. Nie som si však istý, či tomu rozumiem.
Napríklad povedzme moja celková hmotnosť je 8 + 75 s celkovou hmotnosťou 83 kg. Rozdiel medzi touto a 86 kg je minimálny, ale zdá sa, že robí rozdiel nad rámec toho, čo by som čakal.
Predpokladajme, že dokážem vyvážiť celkovú hmotnosť nosením batohu alebo extra ťažkého balíka bidon/sedlo, takže celková hmotnosť môže byť rovnaká. Prečo sa ľahší bicykel zdá byť vždy rýchlejší?
Čítal som niečo o rotačnej hmote, ktorá podľa všetkého naznačuje, že to nemá toľko spoločné s vašou kombinovanou hmotnosťou, ako to vníma gravitácia, ale s ekvivalentnou zdvíhacou silou pohyblivých častí, konkrétne vašich kolies, a v skutočnosti je je to váha kolesa, ktorá je hlavným faktorom, pretože v skutočnosti musíte zdvihnúť polovicu kolesa, aby ste vytvorili hybnú silu vpred. Je to druh účinku gyroskopu: čím ľahšie sa kolesom točí, tým rýchlejšie to ide?
Dva hlavné problémy bicykla na rovnom povrchu sú valivý odpor pneumatík a odpor vetra bicykla a jazdca.
Všeobecne platí, že pneumatika s vyšším tlakom bude mať do istej miery menší valivý odpor, rovnako ako pneumatika s hladším profilom. Svoju úlohu zohráva aj šírka pneumatík, väčšinou však z hľadiska toho, ako ovplyvňuje tlak a dezén.
Odolnosť proti vetru je ovplyvnená šírkou pneumatiky, počtom lúčov, veľkosťou duše a pozíciou vodiča. Všeobecne platí, že keď sa bicykel stáva „pikantnejším“, šírka pneumatiky a počet lúčov sa zmenšujú a pozícia jazdca sa stáva krehkejšou (a teda aerodynamickejšou). Veľkosť potrubia sa zvyčajne veľmi nelíši (a môže sa skutočne zväčšiť, ak používate oceľ -> hliník -> uhlík). Tento efekt je však malý a jemné rozdiely v dizajne rámu môžu byť výraznejšie.
Môžu nastať aj ergonomické zmeny - napr. B. náchylnejšia jazdná poloha, aj keď je únavnejšia, je často o niečo lepšia pre špičkový výkon.
Kvalita úložiska sotva hrá rolu. Aj lacné ložiská majú veľmi nízke straty a je nepravdepodobné, že by bol rozdiel v odporu medzi nimi a špičkovými ložiskami merateľný. (Väčší rozdiel je v trvanlivosti.)
Hmotnosť bicykla prichádza do rovnice, až keď musíte „stúpať“ (a vo veľmi malom rozsahu kvôli valivému odporu), ale samozrejme je zriedkavé, že trasa väčšinou nejde hore/dole asi 0,5% . Táto 0,5% zvyšuje výkon potrebný na udržanie konštantnej rýchlosti v mŕtvom smere asi o 10%. Rozdiel 3 kg medzi dvoma vyššie uvedenými motocyklami by však bol pri tomto 0,5% stúpaní asi 0,4% rozdiel vo výkone.
Časť fyziky je jednoduchá. Na presun objektu s hmotnosťou m do svahu je potrebné pracovné zaťaženie úmerné hmotnosti. Toto je hmotnosť krát gravitačné zrýchlenie krát výtlak W = mgd. Pre ťažší bicykel je teda potrebných viac práce. Trvá to tiež viac priemerného výkonu, aby ste ho zvýšili pri rovnakom náraze v stanovenom čase.
Ale ak vo vašom experimente s rovnakými váhami tento fyzický efekt nie je, je to len vnímanie alebo iný fyzický jav. To sa obmedzuje aj na lezenie.
Uhlové zrýchlenie vašich kolies je faktorom pri akcelerácii. Pri pôsobení krútiaceho momentu na zvýšenie uhlovej rýchlosti kolesa je faktorom moment zotrvačnosti. Jedná sa v podstate o vyúčtovanie toho, koľko hmoty a koľko je to od osi. Predstavte si, že krasokorčuliar sa točí s roztiahnutými rukami a potom ich vtiahne, aby sa točili rýchlejšie. Gravitácia na kolesách je samostatná úvaha, ktorá bola popísaná vyššie.
Ďalším fyzikálnym javom by mohol byť odpor vzduchu. V najjednoduchších modeloch je to úmerné ploche prierezu, štvorcu rýchlosti a koeficientu odporu. Niektorí hovoria, že ťažší bicykel s lepším aerodynamickým výkonom bude celkovo fungovať efektívnejšie. Vzhľadom na kombinovanú hmotnosť s vodičom by to mohlo platiť pri dostatočnej rýchlosti.
Nakoniec môže mať ľahší bicykel niekoľko nastavovacích faktorov, ktoré vám uľahčia a zefektívnia jeho prácu. Prispôsobenie vás môže dokonca dostať do aerodynamicky výhodnejšej polohy. Ale na správne namontovanom bicykli sa budete cítiť lepšie.
Vyskúšajte nový bicykel so starými kolesami a naloženou taškou. Ak sa stále cíti rýchlejšie, musí to byť preto, lebo vám to viac vyhovuje.
Toto je nezmyselná veda:
Do hry vstupuje dynamické trenie o pohyblivé povrchy - povedal by som, že 8 kg komponent má lepšiu kvalitu a teda ložiská ako 11 kg bicykel. S váhou to nemá nič spoločné, ale v cyklistike sú váha a kvalita neoddeliteľne spojené
Mechanické straty v pohonnej jednotke bicykla sú malé - a keď jazdíte rýchlo na rovine, väčšina práce je proti odporu, čo znamená, že odmocninu zo zisku získate iba ako zmenu rýchlosti. Takže rozdiel medzi celkom dobrým bicyklom a vynikajúcim v tejto oblasti bude niečo ako meter štvorcový 1,01 .
Pneumatiky sú ďalším faktorom - na svojom ľahkom karbónovom cestnom bicykli som určite rýchlejší ako na dochádzajúcom bicykli z ťažkej ocele, ale cestný bicykel má ľahké 23 mm plášte pri tlaku 110 psi, v porovnaní s oveľa ťažšími 32 mm pneumatikami (odolné proti prepichnutiu). pri 80 psi cestou do práce, takže mám podozrenie, že najväčší rozdiel je v kolesách (a v aerodynamickejšej polohe na cestnom bicykli). - Johnny 21. októbra 2013 o 19:51
Semi haraburdu. Dojazdový bicykel môže mať vyššie pneumatiky RR, pretože pretekár je naštartovaný z dôvodu rýchlosti a dochádzajúci z dôvodu ochrany pred prepichnutím a životnosti pneumatiky. Ak je však dizajn pneumatiky rovnaký, valivý odpor je nižší!
Svoju úlohu zohráva aj tuhosť. Čím je oblasť BB tuhšia, tým menej energie sa stráca vďaka flexibilite rámu. Koľko som nemohol povedať. Ale zníženie hmotnosti pri stúpaní, zvýšená tuhosť a menšie trenie pre lepší výkon kolies spolu pravdepodobne robia niečo nápadné
Áno, časopisy o bicykloch vám hovoria, že to je jeden z dôvodov, prečo kupovať drahšie bicykle CF pre svojich inzerentov. Ale laboratórne testy to nepreukázali. V skutočnosti môžu byť pružnejšie rámy rýchlejšie, najmä pri stúpaní - pretože rám funguje ako pružina vyhladzujúci prenos sily cez ohyb
. Super tuhé motocykle sú vynikajúce pre elitných šprintérov, ale pre všetkých ostatných sú drahou a nepríjemnou stratou peňazí.
Uhlové zrýchlenie vašich kolies je faktorom pri akcelerácii.
Je to faktor, ale neuveriteľne malý. Zo všetkých hlúpostí, ktorým cyklisti veria v oblasti výkonu, je predstava, že váha bicykla má obrovský vplyv, asi najhlúpejšia, pretože každý videl dôkazy o opaku. Keď pracujete na prehadzovačke a otáčate pedálmi, je tam veľký odpor, aby koleso dosiahlo rýchlosť? Nie, je to okamžité. A ak nosíte kožené rukavice, môžete koleso zastaviť ručnou kefou pre rýchlosť 20 míľ/h. Oba sú spôsobené tým, že energia potrebná na roztočenie kolesa je malá. (Existuje na to vzorec - mali ste sa to naučiť v škole!)
Najhorším scenárom pre koleso je, že pre kinetickú energiu potrebuje dvojnásobok energie nerotujúcej hmoty. Pre bicykle s hmotnosťou 2 kg, rám s hmotnosťou 10 kg a jazdca s hmotnosťou 50 kg je to 4 až 10 až 50. Účinky hmotnosti kolesa sú ešte menšie, keď vezmete do úvahy realistický prípad s brzdnými silami.