Пелло Більбао, під час Тур де Альп. Фото: Astana Pro Team

значення

У цій другій статті я хотів би поговорити про те, як вага велосипедиста впливає на загальну продуктивність під час їзди на велосипеді; Ми проаналізуємо це як на підйомах, так і на рівнині. Щоб зрозуміти це краще і чіткіше, ми збираємося проаналізувати його, порівнявши двох велосипедистів, одного легкого і, як правило, більш альпініста близько 60 кілограмів та іншого важчого на 76 кілограмів.

Ці ваги не були вибрані випадковим чином, а виходячи з ваги двох відомих професійних велосипедистів і що ми візьмемо як приклад для цієї статті. Пелло Більбао (Команда Astana Pro -in 2020 в Бахрейні-Макларен-) міг чудово виконувати роль 60-кг легкого велосипедиста, поки Тоні Мартін (Катуша-Альпецин -в 2020 році в команді Джамбо-Вісма-) може бути прикладом найважчого велосипедиста та 76-кілограмового ролика.

Тоні Мартін, на Дофіне 2017. Фото: Тім Де Ваеле

Пелло Більбао, в повному обсязі. Фото: Bettiniphoto

Після введення і для того, щоб краще зрозуміти кінцеві результати, ми розберемо параметри, які заважають просуванню нашого велосипеда, коли ми їдемо як по рівній, так і вгору або вниз. Як відомо більшості з вас, є кілька факторів, які уповільнюють наш прогрес, коли ми їдемо на велосипеді. Ми покажемо їх нижче, не заглиблюючись занадто глибоко в рівняння кожного параметра, оскільки кожне з них призведе до повної статті. Опіри, які заважають нашому прогресу при крученні педалей і з’їдають силу, яку ми генеруємо під час руху, є наступними:

  • Аеродинамічний опір або «перетягування»
  • Опір коченню або «Опір коченню»
  • Стійкість через силу тяжіння
  • Механічна стійкість до втрат

Важливо, хоча апріорі це може здаватися дещо складним, поясніть ці чотири поняття по одному, подивіться, як вони впливають на велосипедиста окремо, а потім проведіть загальний порівняльний аналіз, і продемонструйте, як вони змінюються залежно від нахилу та швидкості, вигідні або шкодячі одному велосипедисту над іншим, залежно від ваги кожного з них.

Аеродинамічний опір або "Опір"

Повітря як рідина забезпечує стійкість до нашого просування, коли ми їдемо на велосипеді. Усі ми, хто їде на велосипеді, відчували, наприклад, на спуску, як коли ми змінюємо свою позу на велосипеді, наша швидкість збільшується або зменшується. Це пов'язано з аеродинамічним опором, який представляє рідина (в даному випадку повітря), коли ми перетинаємо її. Цей опір вищий або менший залежно від нашого положення на велосипеді.

Аеродинамічний опір або сила (Fd), що протистоїть нашому просуванню, безпосередньо пов'язані з:

  • Площа фронту, прогнозована вершником (A).
  • Cd = коефіцієнт аеродинаміки.
  • Щільність повітря (d).
  • Відносна швидкість між велосипедистом та рідиною, в даному випадку повітря (v).

Слід зазначити, що аеродинамічний опір у цьому рівнянні пропорційний квадрату швидкості, тому lшвидкість - це параметр, який найбільше впливає на силу, яку вітер чинить на наше просування. Це означає, що при збільшенні швидкості велосипедиста аеродинамічний опір або "опір" збільшується в геометричній прогресії. Це причина, коли ми переходимо від 25 км/год до 30 км/год, ми повинні підсилюють лише 30-35w наша сила, але замість цього, якщо ми хочемо збільшити нашу швидкість від 40 км/год до 45 км/год, ми повинні збільшити наша влада між Приблизно 80-85w. Ці розрахунки базуються на їзді вершника на важелях та з розрахунковим CdA 0,29.

На графіку, який ви бачите нижче, чітко показано, як змінюється "Опір" або аеродинамічний опір як функція швидкості, і як він збільшується експоненціально, коли ми збільшуємо зазначену швидкість:

Як видно на графіку, аеродинамічний опір відзначений знаменитим CdA (коефіцієнт опору Cd, помножений на прогнозовану площу фронту) кожного і швидкість, а не вагою вершника.

Візьмемо, наприклад, дані обидва велосипедисти зі швидкістю 50 км/год. Як видно, Pello Bilbao знадобиться 395w (CdA = 0,285) або те саме 6.58w/ кг, щоб подолати опір повітря з такою швидкістю, поки Тоні Мартіну знадобилося б 423 Вт (CdA = 0,305) або говорити у ватах на кілограм, 5,56 Вт/кг.

ІЦе причина, чому важчі вершники, як правило, кращі гонщики на час, Завдяки тому, що на хронометражах він катається на високих швидкостях і різниця відзначається абсолютними ватами, які може розвинути велосипедист. Як ми вже бачили, вага не є визначальним фактором аеродинамічного опору. Іноді я все ще бачу, як велосипедисти збожеволіли на кілька грамів більше на своєму велосипеді, коли на етапах чи рівних випробуваннях на час це не є визначальним фактором, як ми вже бачили.

Примітка: Вплив ваги велосипедиста + велосипедного набору, коли ми їдемо по рівнині, полягає у зміні швидкості, яка є не що інше, як прискорення та гальмування, де, звичайно, чим більша вага, тим складніше гальмувати і прискорити велосипед. Але якщо ми продовжуємо говорити про кілька грамів на нашому велосипеді, цей фактор також не має великого впливу.

Опір коченню або "Опір коченню":

Як випливає з назви, опір коченню - це не що інше, як опір, який надає контакт або тертя між нашими шинами та землею при коченні. Це опір коченню, якщо ми виражаємо це у ватах (потужність, яку генерує велосипедист і використовується для подолання згаданого опору коченню), Це залежить від ваги велосипедиста плюс ваги його велосипеда, швидкості, з якою ми їдемо, та коефіцієнта опору коченню (Crr).

Цей коефіцієнт кочення, широко відомий як Crr, є безрозмірним і, в свою чергу, залежить від багатьох факторів, таких як тиск в шинах, матеріал та склад трубчастої або шини, тип покриття, на якому ми їдемо, стан дороги чи шляху, ширина та діаметр колеса, температура тощо.. В даний час у всьому світі існує кілька лабораторій, здатних надійно вимірювати коефіцієнт опору коченню велосипедних шин.

Також згадайте, що ще кілька років тому цьому фактору опору приділялося не так багато уваги, але, як сьогодні, і особливо у професійному дорожньому велосипеді, кожен ват має значення, особливо на випробуваннях часу, все більше і більше враховується при виборі тієї чи іншої шини. Як я вже зазначав, я не буду заглиблюватися далі в цю тему, ані пояснювати рівняння, що стоять за цим, оскільки я дав би повну статтю. Давайте просто збережемо це Опір коченню, виражене у ватах, прямо пропорційне вазі велосипедиста + велосипедного набору та швидкості, з якою ми їдемо.

Побачимо це на прикладі Пелло Більбао і Тоні Мартіна, ви побачите, як це простіше, ніж здається. Уявімо, що обидва мають однакові трубки, надуті до однакового тиску, і що їх коефіцієнт кочення становить Crr = 0,0036. Графік, показаний нижче, показує, як опір коченню змінюється у ватах (ш) залежно від швидкості та ваги кожного велосипедиста.

Як видно з графіку, із збільшенням швидкості велосипедистів опір коченню для подолання стає більшим. Наприклад, за однакових умов для обох, Pello Більбао, котячись на рівні 50 км/год, споживав би 29,5 Вт всієї генерованої потужності, щоб подолати опір коченню, поки Тоні Мартіну знадобиться 37w всієї своєї сили прокатитися зі швидкістю 50 км/год та подолати цей опір. Як бачите, вага впливає на опір коченню: чим більше вага, звичайно, тим більший опір..

Стійкість через силу тяжіння:

Цей опір, мабуть, найпростіший для розуміння, оскільки всі ми певний час його відчували. Як ви добре знаєте, опір дії сили тяжіння залежить від ваги групи велосипедистів плюс їх велосипеда, а також від нахилу дороги чи колії, на якій ми їдемо.. Прокат ваги допомагає нам заздалегідь, залежно від нахилу, на який ми спускаємося; на рівнині опір сили тяжіння дорівнює нулю; а на підйомі зазначений опір зростає пропорційно із нахилом підйому, на який ми піднімаємось, чим вище схил, тим більший опір долати, очевидно. Якщо ми виражаємо опір через силу тяжіння у ватах, ми повинні включити в рівняння швидкість, з якою ми циркулюємо.

Ми побачимо на тому ж прикладі Пелло Більбао і Тоні Мартіна, що означає у ватах подолання опору, який надає сила тяжіння. Ми проведемо розрахунки з постійною швидкістю 20 км/год для двох велосипедистів і обчислимо вати, необхідні на різних схилах (відсотки підйому):

Ми побачимо на чисельних прикладах двох велосипедистів, що означає у ватах подолання сили тяжіння. Як видно на графіку, із збільшенням нахилу вага стає дедалі визначальнішим фактором, і різниця у ватах, яку повинні рухати обидва велосипедисти, щоб підніматися з однаковою швидкістю, посилюється (20 км/год у цьому випадку). Давайте подивимось результати з кращою таблицею:

Як бачимо, із нахилу 8-10% різниця у ватах, яку повинні подолати Пелло Більбао та Тоні Мартін, починає очевидно зростати.. Хоча вати на кілограм однакові в обох, давайте розглянемо приклад 12% нахилу. Поки що для Пелло Більбао, опір, який надає сила тяжіння, припустимо, потужність бити 392w, для Тоні Мартін припустив би 497w, за допомогою якого він міг би піднятися до однакова швидкість 20 км/год. Схід Крок 105 Вт це зазвичай недоступно для важких велосипедистів, які не можуть тривалий час підтримувати цю абсолютну потужність і дають перевагу легким велосипедистам із хорошим співвідношенням ват на кілограм.

Пелло Більбао. Фото: Bettini/Astana Pro Team

Стійкість до механічних втрат:

Це опір, який виникає внаслідок тертя або тертя між різними компонентами велосипеда, наприклад, тертя ланцюга зірочками та пластинами, тертя підшипників коліс або шківів заднього перемикача тощо.

Кількісно оцінити ці опори дуже складно, оскільки вони зазвичай невеликі. На них, у свою чергу, впливають різні фактори, такі як знос деталей, накопичений бруд, матеріал виготовлення та якість деталей, зазори тощо. В даний час існують комерційні марки, які пропонують керамічні підшипники, спеціальні антифрикційні ланцюги, а також ексклюзивні компоненти з кращими характеристиками, ніж традиційні.

Поєднуючи всі фактори!

Після того, як кожен з аспектів, що впливають на прогрес під час їзди на велосипеді, був розкритий окремо, ми повинні додати всі, щоб мати можливість аналізувати та визначати загальну потужність, яку повинен розвинути велосипедист. Таким чином, ми можемо бачити, в який момент вага стає визначальним фактором на шкоду аеродинаміці і навпаки.. Для цього ми повертаємось до обраного прикладу Пелло Більбао та Тоні Мартіна, і знову робимо ті самі оцінки, використовуючи всі параметри, згадані вище:

Давайте спочатку проаналізуємо дані Пелло Більбао. Беручи до уваги нахил дороги та деякі потужності, у ватах на кілограм для Pello, між 5,9 Вт/кг та 6,6 Вт/кг, яким буде розподіл між аеродинамічним опором, опором під дією сили тяжіння та опором коченню, загальна потужність, вироблена Пелло Більбао, а також швидкість, з якою вона буде котитися. Ми не будемо враховувати опір через механічні втрати, оскільки їх складно розрахувати і не припускають великих втрат, якщо велосипед у хорошому стані.

Давайте тепер порівняємо графік Пелло Більбао з графіком Тоні Мартіна. Ми візьмемо в якості еталону швидкості та нахили, які ми використовували для Пелло Більбао, і обчислимо загальну потужність, яку повинен виконати Тоні Мартін, щоб бігти обидві з однаковою швидкістю. Ми також покажемо розподіл потужності між аеродинамічним відсотком, відсотком кочення та ефектом сили тяжіння.

Тут ми маємо відповідь на те, чому в портах, які ми називаємо розтягнутими, з пологими нахилами 4 і 5%, що не перевищують 6%, їзда на колесі партнера допомагає нам їздити комфортніше та економити кілька Вт. Як видно з двох графіків, коли ми їдемо на цих легких схилах з високою інтенсивністю, ми можемо досягти відносно високих швидкостей, Це, в свою чергу, робить аеродинамічний компонент великою вагою в потужності, яку ми повинні виробляти (оранжевий колір), що призводить до вищезазначеної переваги прокатки на колесо.

Ми побачимо два графіки в одному і тому ж порівнянні, вираженому у вагах/кг для кожного з велосипедистів. Таким чином, ми побачимо дані чіткіше. Як видно з таблиці нижче, якщо CdA важкого вершника не надто високий, буде очевидна перевага для більш важкого вершника, поки не буде досягнуто приблизно 7-8% градієнта, де швидкості скорочуються до такої міри, що аеродинамічний опір втрачає майже всю свою цінність, і майже весь опір подоланню породжується силою тяжіння. У цей момент вати на кілограм вирівнюються для всіх гонщиків, що дає перевагу гонщикам із хорошим співвідношенням потужності до ваги..

Як видно з таблиці, вати на кілограм ваги, які Тоні Мартін повинен був би рухатись, щоб рухатись з тією ж швидкістю, що і Пелло Більбао, менші, без нахилів або з невеликими схилами, і на високих швидкостях.

Як ви вже бачили Вага стає визначальним фактором при підйомі на круті схили, але це аспект, який на рівних дорогах або з невеликими схилами, особливо при їзді на високій швидкості, не має великого впливу, даючи перевагу потужним велосипедистам (як правило, важчим) із можливістю розвивати великі абсолютні сили.

Ми збираємось показати, які загальні висновки ми можемо зробити з усіх цих даних:

• З 30-32 км/год аеродинаміка є ключовою, і пам’ятайте, що потужність, яку ми повинні генерувати, щоб їхати з більшою швидкістю, зростає в геометричній прогресії. Ось чому вдосконалення CdA, особливо для етапів хронометражу, є сьогодні однією з передумов у професійному велосипедному спорті.

• Найважчі велосипедисти мають перевагу на рівнинних ділянках та з невеликими підйомами (1% -2%), Поки його коефіцієнт опору не надто високий, оскільки аеродинаміка забирає більшу частину енергії, яку ми генеруємо, а вага не є визначальною.

• Вибір тюнінгів або шин є ключовим для покращення експлуатаційних характеристик, особливо на етапах хронометражу, де швидкості високі. Щоб дати вам уявлення про ефект, який це може мати: Велосипедист 70 кг, що їде зі швидкістю 45 км/год із шиною з хорошим коефіцієнтом Crr = 0,0032, повинен бити 27,46 Вт, тоді як той самий велосипедист в тих же умовах, використовуючи шина з коефіцієнтом Crr = 0,0052 витратила б 44,43 Вт на подолання сили тертя.

• На схилах більше 7%, практично вся сила, яку ми генеруємо, споживається для подолання ефекту сили тяжіння, отже велосипедисти з хорошим співвідношенням вата/кілограм матимуть перевагу, незалежно від їх ваги.

• Завдяки аеродинамічному фактору, у портах з невеликими нахилами, на які можна піднятися на високій швидкості, ефект "переходу на колесо" буде корисним і це заощадить нам кілька ват.

Примітка: Усі розрахунки в цій статті були проведені теоретично, тому є такі фактори, як педаль стоячи, механічна ефективність кожного гонщика, прискорення та гальмування тощо. що дещо змінить результати.

Сподіваюсь, вам сподобався порівняльний аналіз велосипедистів різної ваги. У наступних статтях ми розглянемо трохи докладніше кожен опір, який протистоїть просуванню велосипедиста і ми покажемо, як різні фактори, що їх складають, впливають на них.

* Оригінальна стаття опублікована 26 червня 2018 року