Pello Bilbao, a Tour des Alpok alatt. Fotó: Astana Pro Team

nehéz

Ebben a második cikkben arról szeretnék beszélni, hogy a kerékpáros súlya hogyan befolyásolja az általános teljesítményt kerékpározás közben; Megvizsgáljuk mind emelkedőn, mind síkban. Ahhoz, hogy jobban és érthetőbben megértsük, elemezni fogjuk két kerékpáros összehasonlítását, egy könnyű és normálisan több mászót 60 kiló körül, egy másikat pedig 76 kilóval.

Ezeket a súlyokat nem véletlenszerűen választottuk meg, hanem két jól ismert profi kerékpáros súlya alapján, és amelyet példaként fogunk venni ehhez a cikkhez. Pello Bilbao (Astana Pro Team - 2020-ban Bahrein-McLaren-) tökéletesen el tudná tölteni a 60 kg-os könnyű kerékpáros szerepét, miközben Tony Martin (Katusha-Alpecin - 2020-ban a Jumbo-Visma csapatban) lehet a legnehezebb kerékpáros és a 76 kilós görgő példája.

Tony Martin, a Dauphiné 2017. Fotó: Tim De Waele

Pello Bilbao, teljes munkaidőben. Fotó: Bettiniphoto

Miután elkészült a bevezetés, és a végeredmények jobb megértése érdekében kitesszük azokat a paramétereket, amelyek zavarják a kerékpárunk fejlődését, amikor mind a síkon, mind pedig felfelé vagy lefelé haladunk. Mivel a legtöbben tudjátok, több tényező is lassítja a fejlődésünket, amikor biciklizünk. Az alábbiakban bemutatjuk őket, anélkül, hogy túl mélyen elmennénk az egyes paraméterek mögötti egyenletekbe, mivel mindegyik egy teljes cikkhez vezetne. Az alábbiak azok az ellenállások, amelyek akadályozzák a haladást a pedálozás során, és megeszik az erőt, amelyet mozgáskor generálunk:

  • Aerodinamikai ellenállás vagy "húzás"
  • Gördülési ellenállás vagy "Gördülési ellenállás"
  • A gravitáció miatti ellenállás
  • Mechanikus veszteségállóság

Fontos, bár eleve kissé összetettnek tűnhet, magyarázza el egyenként ezt a négy fogalmat, nézze meg, hogyan hatnak külön a kerékpárosra, majd hajtsa végre a teljes összehasonlító elemzést, és mutassa meg, hogyan változnak a lejtéstől és a sebességtől függően, előnyben részesítve vagy ártva az egyik kerékpárosnak, a másik súlyától függően.

Aerodinamikai ellenállás vagy "húzás"

A levegő folyadékként ellenáll a fejlődésünknek, amikor biciklizünk. Mindannyian, akik kerékpárral közlekedünk, például lejtőkön tapasztaltuk, hogy a sebességünk növekszik vagy csökken, ahogy változik a testtartásunk a kerékpáron. Ez annak az aerodinamikai ellenállásnak köszönhető, amelyet a folyadék (jelen esetben a levegő) jelent, amikor átlépjük. Ez az ellenállás magasabb vagy alacsonyabb, a kerékpáron elfoglalt helyzetünktől függően.

A fejlődésünkkel szemben álló aerodinamikai ellenállás vagy erő (Fd) közvetlenül kapcsolódik:

  • A motoros által vetített elülső terület (A).
  • Cd = aerodinamikai együttható.
  • Légsűrűség (d).
  • Relatív sebesség a kerékpáros és a folyadék, ebben az esetben a levegő (v) között.

Meg kell jegyezni, hogy ebben az egyenletben az aerodinamikai ellenállás arányos a sebesség négyzetével, tehát lA sebesség az a paraméter, amely a legnagyobb hatást gyakorolja arra az erőre, amelyet a szél előrehaladásunkra gyakorol. Ez azt jelenti, hogy amikor a kerékpáros sebessége növekszik, az aerodinamikai ellenállás vagy a "húzás" exponenciálisan növekszik. Ez az oka annak, amikor 25 km/h-ról 30 km/h-ra haladunk, nekünk kellene csak 30-35w erőnk, de ehelyett ha növelni akarjuk a sebességünket 40km/h-ról 45km/h-ra, nekünk kellene növekedés közötti hatalmunk Kb. 80-85w. Ezek a számítások a karokon közlekedő lovason alapulnak, és becsült CdA értéke 0,29.

Az alább látható grafikon egyértelműen megmutatja, hogy a "húzás" vagy az aerodinamikai ellenállás hogyan változik a sebesség függvényében, és hogyan növekszik exponenciálisan a sebesség növelésével:

Amint az a grafikonon látható, az aerodinamikai ellenállást a híres CdA jelöli (Cd húzási együttható, szorozva a vetített homlokterülettel) és a sebesség, és nem a versenyző súlya szerint.

Vegyük például a mindkét kerékpáros 50 km/h sebességgel. Ahogy látható, Pello Bilbaónak 395 wattra lenne szüksége (CdA = 0,285), vagy ugyanannyi 6,58 wattra/ kg a légellenállás leküzdéséhez ezzel a sebességgel, miközben Tony Martinnak 423 wattra lenne szüksége (CdA = 0,305), vagy ha watt/kg-ban beszélne, 5,56 w/kg.

ÉSEz az oka annak, hogy a nehezebb versenyzők általában jobb időmérők/versenyzők, Annak a ténynek köszönhető, hogy az időmérőkben nagy sebességgel gördítik, és a különbséget az abszolút watt jellemzi, amelyet a kerékpáros fejleszthet. A tömeg, mint láttuk, nem meghatározó tényező az aerodinamikai ellenállás szempontjából. Néha még mindig látom, hogy a kerékpárosok megőrülnek néhány extra grammért a kerékpárjukon, amikor a sík szakaszok vagy az időmérők nem meghatározó tényezők, mint láttuk.

Megjegyzés: Az a hatás, amelyet a kerékpáros + kerékpár készlet súlya ér, amikor a síkon haladunk, a sebesség változásaira vonatkozik, amelyek nem más, mint a gyorsulás és a fékezés, ahol természetesen minél nagyobb a tömeg, annál nehezebb fékezni és gyorsítsd fel a kerékpárt. De ha továbbra is beszélünk néhány grammról a motorunkon, akkor ennek a tényezőnek sincs nagy hatása.

Gördülési ellenállás vagy "gördülési ellenállás":

A gördülési ellenállás, amint a neve is mutatja, nem más, mint az abroncsok és a talaj közötti érintkezés vagy súrlódás által nyújtott ellenállás gördüléskor. Ez a gördülési ellenállás, ha wattban fejezzük ki (a kerékpáros által létrehozott és az említett gördülési ellenállás leküzdésére használt teljesítmény), Ez a kerékpáros és a kerékpár súlyától, a sebességtől és a gördülési ellenállás együtthatójától (Crr) függ..

Ez a gördülési együttható, közismert nevén Crr, dimenzió nélküli, és több tényezőtől függ, mint pl a gumiabroncs nyomása, a cső vagy abroncs anyaga és összetétele, a járda típusa, amelyen haladunk, az út vagy az út állapota, a kerék szélessége és átmérője, hőmérséklet stb.. Jelenleg világszerte több laboratórium működik, amelyek megbízhatóan mérhetik a kerékpárabroncsok gördülési ellenállási együtthatóját.

Említse meg azt is, hogy néhány évvel ezelőttig nem nagyon figyeltek erre az ellenállási tényezőre, de, mint manapság és főleg a profi országúti kerékpározásban minden watt számít, különösen az időmérőkben, egyre többet vesznek figyelembe egyik vagy másik gumiabroncs kiválasztásakor. Amint arra korábban rámutattam, nem foglalkozom tovább a témával, és nem magyarázom el a mögöttes egyenleteket, mivel egy teljes cikket adnék. Csak tartsuk meg A wattban kifejezett gördülési ellenállás egyenesen arányos a kerékpáros + kerékpár készlet súlyával és a sebességgel, amellyel haladunk.

Lássuk Pello Bilbao és Tony Martin példáján, meglátja, mennyivel egyszerűbb, mint amilyennek látszik. Képzeljük el, hogy mindkettőnek ugyanazok a csövei vannak, azonos nyomásra felfújva, és gördülési együtthatójuk Crr = 0,0036. Az alábbi grafikon azt mutatja, hogy a gördülési ellenállás hogyan változik wattban (w) az egyes kerékpárosok sebességének és súlyának függvényében.

Amint a grafikonból látható, a kerékpárosok sebességének növekedésével a legyőzhető gördülési ellenállás nagyobb. Például ugyanazon feltételek mellett mindkettőhöz, Az 50 km/h sebességgel laposan guruló Pello Bilbao 29,5 wattot fogyasztana az összes termelt energiából a gördülési ellenállás leküzdésére, miközben Tony Martinnak 37w kellene minden erejéből 50 km/h sebességgel gurulni és leküzdeni ezt az ellenállást. Mint látható, a súly befolyásolja a gördülési ellenállást: természetesen minél nagyobb a súly, annál nagyobb az ellenállás..

A gravitáció miatti ellenállás:

Ezt az ellenállást talán a legkönnyebb megérteni, mivel valamikor valamennyien átéltük. A gravitáció miatti ellenállás, amint azt Ön jól tudja, a kerékpárosok és a kerékpárok súlyától, valamint az út vagy pálya lejtésétől függ, amelyen haladunk.. A súly legördülése segít az elõrehaladásban, attól függõen, hogy mekkora lejtőn vagyunk; a síkságon a gravitáció miatti ellenállás nulla; és emelkedéskor az említett ellenállás arányosan növekszik az emelkedés meredekségével, amelyet mászunk, minél magasabb a lejtő, annál nagyobb az ellenállás, amelyet felül kell küzdeni. Ha a gravitáció miatti ellenállást wattban fejezzük ki, akkor az egyenletbe be kell foglalnunk azt a sebességet, amellyel keringünk.

Pello Bilbao és Tony Martin ugyanazon példáján keresztül megnézzük, mit jelent wattban a gravitáció által kínált ellenállás leküzdése. Végezzük a számításokat 20km/h állandó sebességgel a két kerékpáros számára, és kiszámoljuk a különböző lejtőkön szükséges wattokat (emelkedési százalékok):

A két kerékpáros numerikus példáival megnézzük, mit jelent wattban a gravitációs erő legyőzése. Amint az a grafikonon látható, a lejtés növekedésével a súly egyre meghatározóbb tényezővé válik, és hangsúlyosabbá válik az a watt-különbség, amelyet mindkét kerékpárosnak meg kell mozdítania, hogy azonos sebességgel emelkedhessen fel (Ebben az esetben 20 km/h). Nézzük meg az eredményeket egy jobb táblázattal:

Mint láthatjuk, 8-10% -os lejtőn a Pello Bilbao és Tony Martin által leküzdendő wattkülönbség nyilvánvalóan növekszik.. Bár a kilogrammonkénti watt megegyezik mindkét esetben, nézzük meg a példát 12% -os lejtés. Míg a Pello Bilbao, a gravitáció által kínált ellenállás, feltételezné, hogy 392w-os teljesítményre képes, mert Tony Martin feltételezné, hogy 497w, amellyel felemelkedhet a 20km/h sebességgel. Keleti 105w-os növekmény ez általában megfizethetetlen a nehéz kerékpárosok számára, akik sokáig nem tudják fenntartani ezt az abszolút erőt, és a jó watt/kiló arányú könnyű kerékpárosoknak előnyt jelent.

Pello Bilbao. Fotó: Bettini/Astana Pro Team

Mechanikai veszteségekkel szembeni ellenállás:

Ez az ellenállás, amely a kerékpár különböző alkatrészei közötti súrlódás vagy súrlódás miatt következik be, például a lánc súrlódása a lánckerékkel és a lemezekkel, a kerékcsapágyak vagy a hátsó váltó tárcsák súrlódása stb.

Ezeket az ellenállásokat nagyon nehéz számszerűsíteni, mivel általában kicsiek. Ezeket viszont számos tényező befolyásolja, mint például az alkatrészek kopása, felhalmozódott szennyeződések, a gyártási anyag és az alkatrészek minősége, hézagok stb. Jelenleg vannak olyan kereskedelmi márkák, amelyek kerámia csapágyakat, speciális súrlódásgátló láncokat, valamint exkluzív alkatrészeket kínálnak, amelyek a hagyományosnál jobb teljesítményt nyújtanak.

Az összes tényező egyesítése!

Miután a kerékpározás során a haladást befolyásoló szempontokat külön-külön kitettük, mindegyiket hozzá kell adnunk ahhoz, hogy elemezhessük és meghatározzuk a kerékpáros által fejlesztendő teljes teljesítményt. Így láthatjuk, hogy a súly mely ponton válik meghatározó tényezővé az aerodinamika rovására, és fordítva.. Ehhez visszatérünk Pello Bilbao és Tony Martin példájához, és újra elvégezzük ugyanazokat a becsléseket az összes fent említett paraméter felhasználásával:

Először elemezzük Pello Bilbao adatait. Figyelembe véve az út meredekségét és bizonyos teljesítményeket, Pello esetében 5,9 w/kg és 6,6 w/kg közötti kilogramm wattban kifejezve, mekkora lenne az eloszlás az aerodinamikai ellenállás, a gravitáció miatti ellenállás és a gördülési ellenállás között a Pello Bilbao által előállított teljes teljesítmény, valamint annak sebessége. Nem vesszük figyelembe a mechanikai veszteségek miatti ellenállást, mivel ezek számítása bonyolult és nem feltételez nagy veszteségeket, ha a kerékpár jó állapotban van.

Most hasonlítsuk össze Pello Bilbao grafikonját Tony Martinéval. Referenciaként vesszük azokat a sebességeket és lejtőket, amelyeket a Pello Bilbao számára használtunk, és kiszámoljuk a Tony Martin által teljesítendő teljes teljesítményt, hogy mindkettő azonos sebességgel futhasson. Megmutatjuk a teljesítmény megoszlását az aerodinamikai százalék, a gördülési százalék és a gravitáció hatása között is.

Itt megvan a válasz arra, hogy az általunk kinyújtottnak nevezett kikötőkben, 4 és 5% -os lejtéssel, de legfeljebb 6% -kal a partner kereke meglovaglás segít abban, hogy kényelmesen haladjunk és néhány wattot spóroljunk. Amint az a két grafikonon látható, amikor ezeken a lejtőkön nagy intenzitással haladunk, képesek vagyunk viszonylag nagy sebességet elérni, Ez viszont az aerodinamikai alkatrészeknek nagy súlyt képvisel az előállítandó teljesítményben (narancssárga szín), ami a kerékre gurulás fent említett előnyéhez vezet.

Megnézzük a két grafikont ugyanabban az összehasonlításban, w/kg-ban kifejezve, mindegyik kerékpáros számára. Így tisztábban fogjuk látni az adatokat. Amint az az alábbi táblázatból kiderül, mindaddig, amíg a nehéz versenyző CdA-értéke nem túl magas, egyértelmű előny lesz a nehezebb versenyzővel szemben, amíg el nem éri a 7-8% -os gradienst, ahol a sebességet olyan mértékben csökkentik, hogy az aerodinamikai ellenállás szinte teljes értékét elveszíti, és a legyőzhető ellenállás szinte teljes egészét a gravitáció generálja. Ekkor a kilónkénti watt minden versenyző számára kiegyenlítődik, így a versenyzők előnyt élvezhetnek a jó teljesítmény-tömeg arány mellett..

Amint az a táblázatban látható, a súlykilogrammonkénti watt, amelyet Tony Martinnak meg kell mozdítania, hogy Pello Bilbaóval azonos sebességgel haladjon, kevésbé vagy lejtőn nem, és nagy sebességgel.

Ahogy látta A súly meghatározó tényezővé válik meredek lejtőkön való felmászáskor, de szempont, hogy sík utakon vagy enyhe lejtőkön, különösen nagy sebességgel haladva, nincs nagy hatása, előnyt biztosítva az erős (általában nehezebb) kerékpárosoknak, akik képesek nagy abszolút hatalmak kifejlesztésére.

Megmutatjuk, milyen általános következtetéseket vonhatunk le ezekből az adatokból:

• 30-32Km/h sebességnél az aerodinamika a legfontosabb, és ne felejtsük el, hogy a nagyobb sebességgel való hajtáshoz generálandó erőnk exponenciálisan növekszik. Éppen ezért a CdA fejlesztése, különösen az időmérő szakaszok esetében, napjaink egyik előfeltétele a professzionális kerékpározásban.

• A legnehezebb kerékpárosok sík területeken és enyhe emelkedőkkel rendelkeznek előnyökkel (1% -2%), mindaddig, amíg az aerodinamikai együtthatója nem túlzottan magas, mivel az aerodinamika az általunk generált energia nagy részét elveszi, és a súly nem meghatározó.

• A csövek vagy gumiabroncsok kiválasztása kulcsfontosságú a teljesítmény javításához, különösen az időfutam szakaszaiban, ahol nagy a sebesség. Hogy képet alkothasson ennek hatásáról: A 70 kg-os kerékpárosnak, aki 45 km/h sebességgel halad jó Crr = 0,0032 együtthatójú gumiabronccsal, 27,46 wattot kellene vernie, miközben ugyanaz a kerékpáros ugyanolyan körülmények között Ha Crum = 0,0052 együtthatójú gumiabroncsot használunk, akkor a súrlódási erő leküzdésére 44,43 wattot kellene költeni.

• 7% -nál nagyobb lejtőkön, gyakorlatilag az általunk generált teljes energiát a gravitáció hatásának legyőzésére fordítjuk, tehát a jó watt/kilogramm arányú kerékpárosoknak előnyük lesz, súlyuktól függetlenül.

• Az aerodinamikai tényezőnek köszönhetően, az enyhe lejtéssel rendelkező kikötőkben, amelyekre nagy sebességgel lehet megmászni, a "kerekbe menni" hatása előnyös lesz és ez megspórol nekünk néhány wattot.

Megjegyzés: A cikkben szereplő összes számítást elméletileg hajtották végre, így vannak olyan tényezők, mint a felfelé történő pedálozás, az egyes versenyzők mechanikai hatékonysága, gyorsulás és fékezés stb. ez némileg módosítja az eredményeket.

Remélem, tetszett a különböző súlyú kerékpárosok összehasonlító elemzése. A jövőbeni cikkekben egy kicsit részletesebben kitérünk minden olyan ellenállásra, amelyek ellenzik a kerékpáros fejlődését és megmutatjuk, hogy az őket alkotó különféle tényezők hogyan befolyásolják őket.

* Eredeti cikk, 2018. június 26-án