Sokan felteszik ezt a kérdést, melyik kerékpárt válasszák az összes kirándulásunk során?
A verseny világán vagy a kerékpározás sportosabb oldalán kívül jó néhány olyan felhasználó van, aki rendszeres járműként használja a kerékpárt, amellett, hogy kihasználja azt a hétvégi kirándulásokhoz és az útvonalakhoz.
Ebben a jelentésben elemezzük az összes olyan tényezőt, amely befolyásolja a pedálozás használatát, így megállapítjuk a gördülés és a hatékonyság különbségeit, amelyeket akkor találunk meg, ha úgy döntünk, hogy országúti, kavicsos vagy hegyi kerékpárral járunk.
Nem te leszel az első, akit egy hegyi hágón megmászó titáni erőfeszítés közepette egy ember elkap a hegyikerékpárjának hátulján, amely szakaszonként több mint 2 hüvelykes kerekekkel van felszerelve, és megelőzi ... abban a pillanatban elhaladnak a fejed mellett a legkülönösebb elméletek a testedzésedről, a "sovány" minőségéről, vagy a legrosszabb esetben a rejtett elektromos motor zaját keresed, amelyet a hegyi kerékpár képes hordozni. De a legtöbb esetben csak egy ok indokolja: a másik kerékpáros jobb fizikai állapotban van, mint te, mert, amint alább láthatjuk, minden kerékpártípus nagyon eltérő energiát igényel, mint a kerékpáros.
Energiánk disszipátorai
Ha összehasonlítjuk magunkat más állatokkal, akkor meglehetősen rövid életű motoros rendszerünk van arra, hogy az általunk generált erőt mozgássá alakítsuk. Hatalmunk mechanikus alkalmazásának köszönhetően karokkal és sebességváltókkal nagyon nagy sebességet sikerült kifejlesztenünk a kerékpáron, amit elképzelhetetlen lenne másként elérni, de ez a kinematikai alkalmazás nem mentes ellenségeitől és korlátaitól.
Felejtsük el azokat az újságírói adatokat, amelyeket mindannyian hallottunk Induraintól, Cancellarától vagy Froome-tól: közepesen képzett kerékpáros (azok közül, akik évente jelentkeznek a szakállas keselyűbe), aki 65 és 70 kg között van, és 1, 70 között mér. és 1,80 méter magas, körülbelül 180 wattos átlagos teljesítményt fogsz alkalmazni többé-kevésbé folyamatosan egy edzésen, amely 120 percig tarthat. Ezt a bruttó teljesítményt el kell osztani az összes olyan tényező között, amely ellenállást generál és veszteséget okoz alkalmazásakor: aerodinamikai ellenállás, mechanikai hajlítás, a kerékpár súlya és gördülési ellenállás.
Néhány alapfogalom
A fizikában a hatalmat az adott időegység alatt elvégzett munka mennyiségeként határozzák meg. És ez a "munka" egyenértékű lesz az energiával, amely az alkalmazás tárgyát képező test mozgatásához szükséges. Most meg fogjuk nézni, hogy az ellenállási tényezők hogyan befolyásolják mozgásunkat kerékpárral.
Aerodinamikai ellenállás. Ez az, amelyet egy test bármilyen folyadéknak felajánl, és a szél, (indukált ellenállás), és a sebességet megszorozzuk, négyzetre vesszük a 0,25 (0,25 x V2) állandóval, és ezért közvetlenül arányos a sebesség négyzetével. Minél gyorsabban halad egy kerékpár, annál nagyobb az aerodinamikai súrlódási együttható (CX). Bizonyos pillanatokban ez meghaladja az ellenállás 60% -át, amelyet egy kerékpárosnak kell leküzdenie, különösen kb. 25 km/h sebességgel.
Mechanikus súrlódás. Bár kevéssé releváns adatról van szó, nem szabad figyelmen kívül hagynunk, hogy a koronákon, fogaskerekeken és csapágyakon keresztüli nyomóerőnk pedálokká történő átalakulása kis energiaköltséggel jár, a legfontosabb a lánc és a koronák között keletkezik. Mindenesetre szinte elhanyagolható adat, mert ennek a koncepciónak az abszorpciója nem haladhatja meg a 2 jegyű számot.
Merevség. Különösen a felfüggesztőrendszerrel felszerelt kerékpárok láthatják a szennyezett pedálozást, mivel a lengéscsillapítók elnyelik a pedálokon lévő egyes impulzusokat. Ugyanúgy, ahogy a merevség hiányával rendelkező váz a csövek deformációjának fázisában (például energetikailag álló helyzetben történő pedálozáskor) képes elnyelni a vontatási impulzusunk jó részét a pedálozás során. Minél összetettebb egy kerékpár (teljes felfüggesztés ...), annál nagyobb veszteségeket szenvedhet a merevség fogalma miatt.
Kerékpár súlya. Newton három törvényében a tömeg a test bármely elmozdulásában jelen van. Félreteszünk minden, a gyorsulásra való hivatkozást, és csak a gravitációs erő előfordulását vesszük figyelembe, azt, amely egy hipotetikus „a föld közepe” felé vonz minket. Ha fenntartjuk azt a hitünket, hogy csak ezt a 180 wattot fogjuk kezelni teljesítmény, nagyon könnyű Könnyű megtudni, hogy mi történik a kerékpáros tömeg/teljesítmény arányával, ha különböző típusú kerékpárokat használnak: 7 kilótól és keveset teljes közúti telivéren, 12-től teljes felfüggesztésű (XC) kerékpárig, elhaladva egy 9 kavicsért. Az energiafelhasználás felmérésének egyenlete egyszerű, mivel a kerékpáros súlya és ereje megegyezik, képzelje el a három feltételezést.
- Országút: kerékpáros 65 kg-os kerékpár 7 kg = 72 kg. 180W/72 = 2,5 W/kg
- Kavics: kerékpáros 65 kg-os kerékpár 9 kg = 74 kg. 180W/74 = 2,4 W/kg
- hegy: kerékpáros 65 kg-os kerékpár 12 kg = 77 kg. 180W/72 = 2,3 W/kg
A gumiabroncs súrlódása és alakváltozása
Ez valószínűleg az egyik legnagyobb különbség a közúti kerékpár, a kavicsos és a hegyi kerékpár között.
A kezdőbetűkkel Crr amit a fizikában ismerünk, "gördülési ellenállásnak" nevezzük, ami meghatározza az előrehaladási ellenállást, amikor egy test egy felületre gördül, deformálva egyiküket vagy mindkettőjüket. Anélkül, hogy az adott futófelületre ellenállási együtthatót alkalmaznánk, ha játszani fog a kerékpár abroncs szélességének (szakaszának) a pedálozásra gyakorolt hatásával.
A felfújható gumikereket 1888-ban találta ki a Dunlop, hogy alkalmazza a kerékpáron, és 1890-re már használják az autókban. Hoffmann német vegyész 1909-ben metil-izoprént készített, amely a szintetikus kaucsuk alapja. De a gumi csak 1938-ban érvényesült, helyettesítve a gumiabroncsokban használt pamutszálas kompozitokat. Az első gumiból készült gumiabroncsot a Continental tervezte 1942-ben.
Az anyag megjelenése nem változott lényegesen, de most új vegyületeket alkalmaznak, amelyek javították a tulajdonságokat: különösen az oldatban lévő sztirol-butadién kaucsuk és a korom töltőanyagként történő helyettesítése szilícium-dioxiddal (javuló kopásállóság és gördülési ellenállás).
Két fizikai mechanizmus létezik, amelyek révén a gumiabroncs képes tapadni az aszfalton: tapadás és deformáció.
Tapadási súrlódás: az érintkezési területen molekuláris kölcsönhatások révén állítják elő, amelyeket meg kell szakítani a csúszás lehetővé tétele érdekében. Száraz és tiszta felületeken ez a súrlódás nagyon magas, de a tökéletes molekuláris érintkezést megakadályozó anyagok (por, sár, víz ...) jelenlétében csökken.
Deformációs súrlódás: az útfelület szabálytalanságainak tudható be, amelyek a gumi váltakozva összenyomódnak és kitágulnak, energiaveszteséget okozva a rugalmas hiszterézisnek (az anyag hajlamának megtartani tulajdonságait). Fontos deformációk merülnek fel a gumiabroncs szerkezetében is a pedálozás közben fellépő változó erők miatt.
Gurul, gurul ...
Ennek az elméletnek semmi haszna nem lenne, ha nem tudnánk gyakorlati alkalmazást találni rá, ezért "statikusan" összehasonlítjuk a pedálozás jelentőségét az egyes típusú kerékpárokkal: közúti, kavicsos és hegyi kerékpárokkal.
Dinamikus tesztet készítünk (teljesítménymérővel felszerelt kerékpárokkal), hogy bebizonyítsuk, mire számít az az elmélet, amelyet alább bemutatunk; Addig csak egy képernyőn vonhatunk le következtetéseket, és fontos eltérések lehetnek az eredményeken, amelyeket útközben elérhetünk, de egyelőre olyan teljesítményszimulátort fogunk használni, amelyben meglehetősen összetett képletet vezettünk be, ahol rögzített értékeket vezetünk be, például állandó sebességet, súlyt vagy egyenetlenségeket, és egyéb változókat, például az aerodinamikai súrlódási együtthatót, a légsűrűséget vagy a gumiabroncsok aszfalton való súrlódási együtthatóját. Mivel újságírók vagyunk és a pedálok kedvelői vagyunk, ezt a számítási algoritmust inkább Miguel García Puente kollégánkra bíztuk, aki ipari mérnök és bármilyen kerekes eszköz teljesítményének mérésére szakosodott szakember.
Nagyon fontos
Figyelembe kell venni, hogy a kapott eredmények csak a kinematikai képletek alkalmazására és az erő kiszámítására reagálnak, mert a valóságban sok olyan változó tényező van, amely nagyon fontos módon befolyásolhatja ezen eredmények megszerzését.
Gyakorlatunk hasonló lehet ahhoz, hogy egy kerékpárt egy görgőre tegyünk, amely méri az energiát, és energiát ad rá egy állandó energiát tápláló villanymotorból. De amint bármely tényező, amelynek állandó változásokat tekintünk, az eredmények megváltoznak.
A vizsgálati adatok
Az a feltételezés, amelyet a három kerékpár mindegyikéhez való mozgáshoz szükséges energia kiszámításához használtunk, két forgatókönyvet tartalmaz:
1 20 kilométeren keresztül pedálol, 200 méteres lejtőt (1% -os lejtés) leküzdve, fenntartva a 20 km/h állandó sebesség.