Багато хто задається цим питанням, який велосипед вибрати для використання у всіх наших поїздках?
За межами світу змагань або спортивної сторони їзди на велосипеді є чимало користувачів, які використовують велосипед як звичайний транспортний засіб, крім того, що користуються ним на вихідних та на маршрутах.
У цьому звіті ми проаналізуємо всі фактори, що впливають на використання нашої педалі, тому встановимо відмінності в коченні та ефективності, які ми знайдемо, якщо вирішимо крутити педалі на дорожньому велосипеді, гравійному або гірському велосипеді.
Ви не будете першим, хто посеред титанічних зусиль, піднімаючись на гірський перевал, потрапляє на спину свого гірського велосипеда, оснащеного колесами в перерізі більше 2 дюймів, і обганяє його ... в цей момент вони пропускають повз вашу голову найдивніші теорії про вашу фізичну підготовку, якість вашого "худого" або, в гіршому випадку, ви шукаєте шум прихованого електродвигуна, який міг би нести гірський велосипед. Але в в більшості випадків є лише причина, яка виправдовує це: інший велосипедист перебуває у кращій фізичній формі, ніж ви, оскільки, як ми побачимо нижче, кожен тип велосипеда вимагає від велосипедиста дуже різного прикладання сили.
Розсіювачі нашої енергії
Якщо ми порівнюємо себе з іншими тваринами, у нас є досить недовговічна рухова система для перетворення сили, яку ми генеруємо, у рух. Завдяки механічному застосуванню нашої потужності, за допомогою важелів та шестерень, нам вдається розвивати дуже високі швидкості на велосипеді, чого було б немислимо досягти інакше, але це кінематичне застосування не позбавлене ворогів та обмежень.
Давайте забудемо про журналістські цифри, які всі ми чули від Індурейна, Канчеллари чи Фрума: велосипедист, помірно підготовлений (з тих, хто щороку підписується на «Бородатого грифа»), який важить від 65 до 70 кілограмів і має від 1 до 70 і заввишки 1,80 метра, ви будете застосовувати, більш-менш безперервно, середню потужність близько 180 Вт на тренуванні, яке може тривати 120 хвилин. Ця загальна потужність повинна розподілятися між усіма факторами, що створюють опір і спричиняють втрати при його застосуванні: аеродинамічний опір, механічне згинання, вага велосипеда та опір коченню.
Деякі основні поняття
У фізиці потужність визначається як обсяг роботи, виконаної за дану одиницю часу. І ця "робота" буде еквівалентна енергії, необхідній для переміщення тіла, що є об'єктом його застосування.Тепер ми побачимо, як фактори опору впливають на наш рух на велосипеді.
Аеродинамічний опір. Це тіло, яке тіло пропонує будь-якій рідині, а вітер (індукований опір) і швидкість множиться в квадраті на константу 0,25 (0,25 х V2), і тому вона прямо пропорційна квадрату швидкості. Чим швидше їде велосипед, тим вищий коефіцієнт аеродинамічного тертя (CX). У певний час велосипедист може подолати більше 60% опору, особливо приблизно з 25 км/год.
Механічне тертя. Хоча це малоістотні дані, ми не повинні пропускати з уваги, що трансформація нашої штовхаючої сили на педалі через коронки, шестерні та підшипники має невеликі енергетичні витрати, найважливішою є та, що генерується між ланцюгом та коронками. У будь-якому випадку це майже незначна цифра, оскільки поглинання ват за цією концепцією не перевищувало б двозначної цифри.
Ригідність. Зокрема, велосипеди, обладнані системою підвіски, можуть бачити забруднення педалей через поглинання кожного імпульсу на педалях амортизаторами. Так само, як рама з відсутністю жорсткості може поглинати, у фазі деформації її трубок (наприклад, при педалюванні енергійно стоячи), значну частину нашого тягового імпульсу під час педалювання. Чим складніший велосипед (повна підвіска ...), тим більше втрат може спричинити концепція жорсткості.
Вага велосипеда. У трьох законах Ньютона маса присутня при будь-якому переміщенні тіла. Ми залишаємо осторонь будь-яке посилання на прискорення, і ми будемо розглядати лише випадки дії сили тяжіння, тієї, що тягне нас до гіпотетичного "центру Землі". Якщо ми збережемо віру, що ми збираємося управляти лише тими 180 Вт потужності, це дуже легко З’ясувати, що відбувається із співвідношенням ваги/потужності велосипедиста при використанні різних типів велосипедів: від 7 кіло і мало для дорожнього чистокровного, до 12 для велосипеда з повною підвіскою (XC), проїжджаючи за 9 гравію. Рівняння для оцінки використання енергії є простим, оскільки вага та потужність велосипедиста однакові, уявіть три припущення.
- Шосе: велосипедист 65 кг велосипед 7 кг = 72 кг. 180 Вт/72 = 2,5 Вт/кг
- Гравій: велосипедист 65 кг велосипед 9 кг = 74 кг. 180 Вт/74 = 2,4 Вт/кг
- Гірський: велосипедист 65 кг велосипед 12 кг = 77 кг. 180 Вт/72 = 2,3 Вт/кг
Тертя і деформація шин
Це, можливо, одна з найбільших відмінностей між дорожнім велосипедом, гравійним та гірським.
З ініціалами Crr ідентифікується те, що у фізиці називають "опором коченню", що визначає опір просуванню, коли тіло, яке котиться по поверхні, деформуючи один або обидва з них. Без застосування коефіцієнта опору до конкретного протектора, якщо ми йдемо грати з впливом ширини (перетину) велосипедної шини на педалі.
Надувне гумове колесо було винайдено в 1888 році Dunlop, щоб застосувати його до велосипеда, а до 1890 року воно вже використовувалося в автомобілях. У 1909 р. Німецький хімік Гофманн виготовив метилізопрен, який є основою синтетичного каучуку. Але каучук переважав лише в 1938 році, замінивши композити з бавовняного волокна, які використовувались в шинах. Перша шина, повністю виготовлена з гуми, була розроблена компанією Continental в 1942 році.
Зовнішній вигляд матеріалу істотно не змінився, але зараз використовуються нові сполуки, що покращили властивості: зокрема, стирол-бутадієнові каучуки у розчині та заміна сажі як наповнювача на кремнезем (поліпшення стійкості до зносу та кочення).
Є два фізичні механізми, за допомогою яких шина має здатність прилипати до асфальту: зчеплення та деформація.
Тертя адгезією: він утворюється в результаті молекулярних взаємодій в зоні контакту, які доведеться розірвати, щоб забезпечити ковзання. На сухих і чистих поверхнях це тертя дуже велике, але зменшується в присутності речовин, які перешкоджають ідеальному молекулярному контакту (пил, бруд, вода ...).
Деформаційне тертя: це пов’язано з нерівностями дорожнього покриття, через які гума стискається і поперемінно розширюється, викликаючи втрати енергії внаслідок еластичного гістерезису (схильність матеріалу до збереження своїх властивостей). Важливі деформації також виникають у конструкції шини внаслідок змінних зусиль, що виникають під час педалювання.
Прокат, прокат ...
Вся ця теорія не принесла б користі, якби ми не змогли знайти для неї практичного застосування, тож ми збираємось зробити "статичне" порівняння того, що означає педалювання з велосипедом кожного типу: дорожнім, гравійним та гірським велосипедом.
Ми готуємо динамічний тест (на велосипедах, обладнаних лічильником потужності), щоб засвідчити, що передбачає теорія, яку ми представляємо нижче; До цього часу ми можемо робити висновки лише на екрані, і можуть бути важливі варіації результатів, яких ми можемо досягти в дорозі, але наразі ми будемо використовувати силовий тренажер, в якому ми ввели досить складну формулу, де ми вводимо фіксовані значення, такі як постійна швидкість, вага або нерівномірність, та інші змінні, такі як коефіцієнт аеродинамічного тертя, щільність повітря або коефіцієнт тертя шин про асфальт. Оскільки ми журналісти та любителі педалей, ми віддали перевагу довірити цей алгоритм розрахунку нашому колезі Мігелю Гарсії Пуенте, який є промисловим інженером та спеціалістом з вимірювання потужності будь-якого пристрою, який має колеса.
Дуже важливо
Слід мати на увазі, що отримані результати відповідають лише застосуванню кінематичних формул і формул розрахунку сили, оскільки насправді існує багато змінних факторів, які можуть мати дуже важливий вплив на отримання цих результатів.
Наша вправа могла б бути схожа на вправу розміщення велосипеда на ролику, який вимірює потужність, і подавати на нього енергію від електродвигуна, що подає постійну потужність. Але в той момент, коли будь-який фактор, який ми вважаємо постійними змінами, результати зміниться.
Дані тесту
Припущення, яке ми використовували для розрахунку енергії, необхідної для руху з кожним з трьох велосипедів, включає два сценарії:
1 Ви крутите педаль 20 кілометрів, долаючи нахил 200 метрів (1% нахилу), підтримуючи a постійна швидкість 20 км/год.