Kiihkeät keskustelut painon säästämisen, renkaiden optimoinnin ja aerodynamiikan suhteellisesta merkityksestä ovat yleisiä pyöräilyssä. Laskemalla pyörän ja kuljettajan liikuttamisen tehovaatimukset voidaan arvioida ilmanvastuksen, vierintävastuksen, kaltevuusvastuksen ja kiihtyvyyden suhteelliset energiakustannukset.
On tunnettuja yhtälöitä, jotka antavat tarvittavan tehon voittaa erilaiset vastukset pääasiassa nopeuden funktiona:
Kaavio osavirtakomponenteista vs. nopeus tyypillisiä arvoja käyttäen
Ilmanvastusteho on aluksi hyvin pieni ja kasvaa nopeuden kuution myötä.
Vierintävastusteho on aluksi suurempi, mutta nousee vain varovasti.
5%: n kiipeämisen nähdään olevan lähes sama kuin jatkuva kiihtyvyys 0,5 m / s2: lla.
Ilmaveden muokkaus
Tehon PD {\ displaystyle P_ {D}}, jota tarvitaan ilmanvastuksen tai vastuksen voittamiseksi on:
PD = 1 2 ρ vr 3 CDA {\ displaystyle P_ {D} \, = {\ tfrac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {r} ^ {3} \, C_ {D} \, A} ilmassa tai PD = 1 2 ρ va 2 vr CDA {\ displaystyle P_ {D} \, = {\ tfrac {1} {2}} \, \ rho \ , v_ {a} ^ {2} \, v_ {r} \, C_ {D} \, A} vastatuulessa,
missä
ρ {\ displaystyle \ rho} on ilman tiheys, joka on noin 1,225 kg / m ^ 3 merenpinnalla ja 15 astetta. C. vr {\ displaystyle v_ {r}} on nopeus suhteessa tielle, va {\ displaystyle v_ {a}} on näennäinen vastatuuli ja CDA {\ displaystyle C_ {D} \, A} on tyypillinen alue kertaa siihen liittyvä vastuskerroin.
Näennäisen tuulen käsite on tässä sovellettavissa suoraan vain, jos se tulee todellisesta vastatuulesta. Tällöin v a {\ displaystyle v_ {a}} on v r {\ displaystyle v_ {r}}: n ja vastatuulen skalaarinen summa tai v r {\ displaystyle v_ {r}}: n ja myötätuulen ero. Jos tämä ero on negatiivinen, P D {\ displaystyle P_ {D}} on pidettävä avun sijasta vastustuksena. Jos tuulella on kuitenkin sivuttain komponentti, näennäinen tuuli on laskettava vektorisummalla ja varsinkin jos polkupyörää virtaviivaistetaan, sivu- ja vastavoimien laskeminen monimutkaisempi; oikea käsittely edellyttää pintojen voimien kuten purjeiden voimien huomioon ottamista.
Vetokerroin riippuu kohteen muodosta ja Reynoldsin luvusta, joka itsessään riippuu va {\ displaystyle v_ {a }}. Kuitenkin, jos A {\ displaystyle A} on poikkileikkausala, CD {\ displaystyle C_ {D}} voidaan arvioida likimain yhdeksi tavallisella polkupyörällä ajajan tavallisilla pyöräilynopeuksilla.
Vierintä resistanceEdit
Teho PR {\ displaystyle P_ {R}} renkaiden vierintävastusten voittamiseksi saadaan:
PR = vrmg cos (arctan s) C rr ≈ vrmg C rr {\ displaystyle P_ {R} = v_ {r} \, mg \ cos (\ arctan s) C_ {rr} \ noin v_ {r} mgC_ {rr}}
missä g on painovoima, nimellisesti 9,8 m / s ^ 2, ja m on massa (kg). Lähennystä voidaan käyttää kaikkien normaalien vierintävastuskertoimien C rr {\ displaystyle C_ {rr}} kanssa. Yleensä tämän oletetaan olevan riippumaton vr {\ displaystyle v_ {r} } (polkupyörän nopeus tiellä), vaikka tiedetäänkin, että se kasvaa nopeuden myötä. Rullamekanismin mittaukset antavat pienille nopeuskertoimille 0,003 – 0,006 erilaisille renkaille, jotka on paineistettu suositeltuun enimmäispaineeseensa, kasvattaen noin 50 % nopeudella 10 m / s.
Kiipeilyteho Muokkaa
Pystysuoran kiipeilytehon PS {\ displaystyle P_ {S}} kaltevuudella s {\ displaystyle s} antaa: {S} = v_ {r} mg \ sin (\ arctan s) \ noin v_ {r} mgs}.
Tämä likiarvo lähestyy todellista ratkaisua pienille eli normaalille arvosanalle. Erittäin jyrkissä rinteissä, kuten 0,35, likiarvo antaa noin 6%: n yliarvioinnin.
Koska tätä voimaa käytetään pyörän ja kuljettajan potentiaalisen energian lisäämiseen, se palautetaan liikkuvana voimana alamäkeen eikä menetetään, ellei kuljettaja jarruta tai kulje haluttua nopeammin.
Tehoa kiihdytykseenMuokkaa
Teho PA {\ displaystyle P_ {A}} kiihdyttääksesi pyörää ja kuljettajaa, jonka kokonaismassa on m kiihtyvyys a ja pyörimissuunnassa myös pyörät, joiden mw {\ displaystyle m_ {w}} on:
PA ≈ vr (m + mw) a {\ displaystyle P_ {A} \ approx v_ {r} (m + m_ {w}) a}
Arviointi on kelvollinen, jos oletetaan, että mw {\ displaystyle m_ {w}} on keskittynyt vanteisiin ja renkaisiin eikä nämä liuu. Tällaisten pyörien massa voidaan siten laskea kahdesti tässä laskelmassa riippumatta pyörien koosta.
Koska tätä tehoa käytetään pyörän ja kuljettajan kineettisen energian lisäämiseen, se palautetaan hidastettaessa eikä menetetään, ellei kuljettaja jarruta tai kulje haluttua nopeammin.
TotalEdit
P = (PD + PR + PS + PA) / η {\ displaystyle P \, = (P_ {D} \ , + P_ {R} \, + P_ {S} \, + P_ {A} \,) / \ eta \,}
missä η {\ displaystyle \ eta \,} on voimansiirron mekaaninen hyötysuhde kuvattu tämän artikkelin alussa.
Tämän yksinkertaistetun yhtälön perusteella voidaan laskea joitain kiinnostavia arvoja. Jos esimerkiksi oletetaan, ettei tuulta, polkimille toimitetusta tehosta (watteina) saadaan seuraavat tulokset:
Giro d ”Italia
Tour de France
- Tourmalet = 7%
- Galibier = 7,5%
- Alpe D ”Huez = 8,6%
- Mont Ventoux = 7,1%.