Dlaczego zmniejszenie masy roweru ma tak duży wpływ na prędkości?

Staram się zrozumieć fizykę masy roweru. Właśnie zmieniłem rower szosowy 11 kg na 8 kg (oczywiście istnieje wiele innych czynników i różnic między dwoma rowerami poza masą) i zauważyłem korzyści wynikające ze zmniejszenia masy. Nie jestem jednak pewien, czy to rozumiem.

Załóżmy na przykład, że moja łączna waga wynosi 8 + 75, co daje całkowitą wagę 83 kg. Różnica między tym a 86 kg jest minimalna, ale robi różnicę pozornie wykraczającą poza to, czego bym się spodziewał.

Zakładając, że mógłbym wyrównać całkowitą masę, niosąc paczkę lub szczególnie ciężki bidon / siodło) tak, że łączna waga może być taka sama, dlaczego lżejszy rower jest zawsze pozornie szybszy?

Przeczytałem coś o masie obrotowej, która wydaje się wskazywać, że nie ma to nic wspólnego z twoją łączną masą postrzeganą przez grawitację, ale z równoważnym wysiłkiem podnoszenia części ruchomych, a mianowicie kół, a w rzeczywistości jest to waga koła jest głównym czynnikiem, ponieważ w rzeczywistości musisz podnieść połowę koła, aby wytworzyć pęd do przodu. Czy jest to rodzaj efektu żyroskopowego, w którym łatwiej jest obrócić koło, tym szybciej jedziesz?

Dwoma głównymi „hamulcami” na rowerze na poziomym podłożu są opór toczenia opon oraz opór wiatru roweru i kierowcy.

Ogólnie rzecz biorąc, do pewnego momentu opona o wyższym ciśnieniu będzie miała mniejsze opory toczenia, podobnie jak opona o gładszym bieżniku. Szerokość opony również się liczy, ale głównie pod względem wpływu na nacisk i bieżnik.

Na opór wiatru ma wpływ szerokość opony, liczba szprych, rozmiar dętki i pozycja kierowcy. Ogólnie rzecz biorąc, wraz ze wzrostem „wyścigowości” motocykla, zmniejsza się szerokość opon i liczba szprych, a pozycja kierowcy staje się bardziej podatna (a tym samym bardziej aerodynamiczna). Rozmiar rurki nie zmienia się znacznie (i może faktycznie wzrosnąć w miarę stali -> aluminium-> węgiel), ale ten efekt jest niewielki, a subtelne różnice w konstrukcji ramy mogą być bardziej znaczące.

Mogą również wystąpić zmiany ergonomiczne - np. Bardziej podatna pozycja podczas jazdy, choć bardziej męcząca, jest często nieco lepsza dla szczytowej mocy wyjściowej.

Jakość łożysk w ogóle się nie liczy. Nawet tanie łożyska mają bardzo małe straty, a różnica w oporze między nimi a łożyskami najwyższej klasy raczej nie będzie możliwa do zmierzenia. (Większa różnica polega na trwałości.)

Masa roweru wchodzi w skład równania tylko wtedy, gdy trzeba „wspiąć się” (i w bardzo niewielkim stopniu na opór toczenia), ale oczywiście rzadko jest tak, aby trasa nie podążała w górę / w dół o około 0,5% przez większość czasu . To 0,5% zwiększa moc wymaganą do utrzymania stałej prędkości o około 10% w trakcie kursu martwego. Ale różnica 3 kg między powyższymi dwoma rowerami wynosiłaby około 0,4% różnicy mocy na tym 0,5% nachyleniu.

Część fizyki jest prosta. Aby przesunąć obiekt o masie m w górę, nachylenie wymaga pracy proporcjonalnej do ciężaru. Jest to masa razy przyspieszenie grawitacyjne razy przemieszczenie W = mgd . W przypadku cięższego roweru wymaga to więcej pracy. Wymaga także więcej średniej mocy, aby podnieść go o ten sam wzrost w ustalonym czasie.

Ale jeśli w twoim eksperymencie z tymi samymi wagami nie ma tego efektu fizycznego, to jest tylko percepcja lub inne zjawisko fizyczne. Również ogranicza się to do wspinaczki.

Przyspieszenie kątowe kół jest czynnikiem wpływającym na przyspieszenie. Gdy przykładasz moment obrotowy, aby zwiększyć prędkość kątową koła, moment bezwładności jest czynnikiem. Jest to w zasadzie rozliczenie, ile masy i jak daleko jest od osi. Pomyśl o łyżwiarce figurowej, która obraca się z wyciągniętymi rękami, a następnie przyciąga je, aby obracały się szybciej. Grawitacja na kołach jest odrębnym zagadnieniem opisanym powyżej.

Innym zjawiskiem fizycznym w grze może być opór aerodynamiczny. W najprostszych modelach jest to proporcjonalne do pola przekroju, prędkości do kwadratu i współczynnika oporu. Niektórzy twierdzą, że cięższy rower o lepszych właściwościach aerodynamicznych działa ogólnie bardziej efektywnie. Biorąc pod uwagę łączną masę z rowerzystą, może to być prawdą przy wystarczających prędkościach.

Wreszcie na lżejszym rowerze mogą występować różne czynniki dopasowania, dzięki którym poczujesz się łatwiej i wydajniej. Być może dopasowanie sprawia, że ​​znajdujesz się w bardziej korzystnej aerodynamicznie pozycji. Ale poczujesz się lepiej na odpowiednio dopasowanym rowerze.

Wypróbuj nowy rower ze starymi kołami i załadowaną torbą. Jeśli nadal wydaje się szybszy, to musi być, ponieważ lepiej do ciebie pasuje.

Oto nauka śmieciowa:

W grę wchodzi tarcie dynamiczne na ruchomych powierzchniach - postawiłbym na to, że 8 kg ma komponenty lepszej jakości, a zatem łożysko niż rower 11 kg ... Nie ma nic wspólnego z ciężarem, ale w kolarstwie ciężar i jakość są nierozerwalnie związane

Straty mechaniczne w układzie napędowym motocykla są niewielkie - a gdy biegasz szybko na poziomie, większość pracy jest skierowana na opór powietrza, co oznacza, że ​​otrzymujesz pierwiastek kwadratowy wzmocnienia jako zmianę prędkości. Tak więc różnica między całkiem dobrym rowerem a doskonałym w tej dziedzinie będzie podobna do sqrt 1,01 ...

Opony są kolejnym czynnikiem - zdecydowanie wolę mój lekki rower szosowy z włókna węglowego niż mój ciężki rower dojazdowy ze stali, ale rower szosowy ma lekkie opony 23 mm przy 110 psi, w porównaniu ze znacznie cięższymi (odpornymi na przebicie) oponami 32 mm przy 80 psi na dojazdy do pracy rower, więc podejrzewam, że większość różnic dotyczy kół (i bardziej aerodynamicznej pozycji na rowerze szosowym). - Johnny 21 października 2013 o 19:51

Pół śmieci. Rower dojeżdżający do pracy może mieć wyższe opony RR, ponieważ zawodnik będzie startował z prędkości, a dojeżdżający do ochrony przed przebiciem i trwałości opony - ale gdy konstrukcja opony jest taka sama, szerszy jest NIŻSZY opór toczenia!

Uwzględnia się także sztywność. Im sztywniejszy obszar BB, tym mniejsza moc tracona na flex ramy. Ile nie mogłem powiedzieć. Ale zmniejszenie masy do wspinaczki, zwiększenie sztywności i zmniejszenie tarcia w celu zwiększenia mocy na kołach łącznie prawdopodobnie zapewnią coś zauważalnego

Tak, to coś, o czym informują magazyny rowerowe, dlatego warto kupować reklamodawcom droższe rowery CF. Ale testy laboratoryjne tego nie wykazały. W rzeczywistości, bardziej elastyczne ramy mogą być szybsze, szczególnie podczas wspinaczki - ponieważ flex sprawia, że ​​rama działa jak przeniesienie siły wygładzającej sprężynę

http://janheine.wordpress.com/2011/02/27/a-journey-of-discovery-part-5-frame-stiffness/

http://bikemagic.com/how-to/mountain-bike-maintenance/stiffness-and-the-sean-kelly-paradox.html

... Super sztywne rowery są doskonałe dla elitarnych sprinterów, ale dla wszystkich innych są kosztowną i niewygodną stratą pieniędzy.

Przyspieszenie kątowe kół jest czynnikiem wpływającym na przyspieszenie.

To czynnik, ale niezwykle mały. Spośród wszystkich głupich rzeczy, które rowerzyści wierzą w osiągi, pomysł, że masa koła ma duży wpływ, jest prawdopodobnie najgłupszy, ponieważ wszyscy widzieli dowody przeciwne. Kiedy pracujesz nad przerzutkami i obracasz pedałami, czy koło ma przyspieszenie? Nie, to jest natychmiastowe. A jeśli nosisz skórzane rękawiczki, możesz zatrzymać pędzlem koło przy prędkości obrotowej 20 km / h. Obie te rzeczy są spowodowane tym, że energia potrzebna do obracania się koła jest niewielka. (Jest na to formuła - nauczyłeś się tego w liceum!)

Najgorszym przypadkiem koła jest to, że wymaga ono podwójnej energii masy nierotującej do energii kinetycznej. Tak więc w przypadku kół 2 kg, ramy 10 kg i kierowcy 50 kg, to od 4 do 10 do 50. Wpływ masy koła staje się jeszcze mniejszy, gdy weźmie się pod uwagę realistyczny przypadek z siłami oporowymi.

Staram się zrozumieć fizykę masy roweru. Właśnie zmieniłem rower szosowy 11 kg na 8 kg (oczywiście istnieje wiele innych czynników i różnic między dwoma rowerami poza masą) i zauważyłem korzyści wynikające ze zmniejszenia masy. Nie jestem jednak pewien, czy to rozumiem.

..Więc nie zauważyłeś żadnej różnicy ze względu na wagę. Przyjąłeś to, bo tak mówi marketing rowerowy.

Domyślam się, że doświadczyłeś mieszanki placebo i oporu toczenia - opony o tej samej szerokości i kategorii mogą różnić się o około 50% w RR.

W rzeczywistości nie ma to dużego wpływu na prędkość. Pamiętaj, że podczas jazdy nie chodzi tylko o wagę roweru, z którym masz do czynienia. To także ciężar jeźdźca i wszystkiego, co nosisz. Kiedy dodasz, że utrata kilku kilogramów rzadko jest większa niż całkowita redukcja masy ciała o 5%, zwykle więcej niż 1-2%.

Jeśli uważasz, że zrzucenie funta z roweru ma ogromną różnicę, następnym razem, gdy będziesz jechać, rzuć pełną butelkę wody z roweru i sprawdź, czy nagle staniesz się znacznie szybszy. Nie będziesz Wyścigi potwierdzają to. Spójrz na średnią prędkość Tour de France 2012 i Tour de France z 1982 roku. Podczas tej 30-letniej przerwy średni rower spadł o ponad 6 funtów (25-30%!), A przecież średnie prędkości wzrosły o mniej niż 1 km / h. Pamiętaj również, że motocykle stały się również bardziej aerodynamiczne, zespoły stały się bardziej skoordynowane w swojej taktyce (dzięki radiom i transmisjom telewizyjnym na żywo w samochodach drużynowych), kolarze trenują teraz z większą precyzją (brak liczników mocy w '82), a kolarze przybywają w Tour lepiej wypoczęty z powodu krótszego harmonogramu wyścigów.

Lekkie motocykle wydają się lżejsze, głównie dzięki efektowi placebo. Również jeśli rower jest szybszy, trudno powiedzieć, czy to z powodu jego lżejszej konstrukcji. Jedynym sposobem, aby naprawdę zmierzyć, byłoby wzięcie dwóch absolutnie identycznych motocykli i zwiększenie masy jednego, a następnie wykonanie testu podwójnie ślepej próby z danymi zapisywanymi na mierniku mocy. Ludzie przeprowadzili te badania, a wyniki pokazały, że waga nie jest prawie niczym, co większość z nas myśli.

To powiedziawszy, lżejsze motocykle są przyjemniejsze. Po prostu są. ;)