Gorące debaty na temat względnego znaczenia oszczędności masy i optymalizacji opon oraz aerodynamiki są powszechne w jeździe na rowerze. Obliczając zapotrzebowanie mocy na poruszanie rowerem i rowerzystą, można ocenić względne koszty energii oporu powietrza, oporu toczenia, oporu na zboczu i przyspieszenia.
Istnieją dobrze znane równania, które określają moc potrzebną do pokonać różne opory, głównie w funkcji prędkości:
Diagram składowych częściowej mocy w funkcji prędkości przy użyciu typowych wartości
Siła oporu powietrza jest początkowo bardzo niska i rośnie wraz z sześcianem prędkości.
Opór toczenia jest początkowo większy, ale rośnie tylko nieznacznie.
Wznoszenie o nachyleniu 5% jest prawie takie samo jak ciągłe przyspieszanie z 0,5 m / s2.
Air dragEdit
Power PD {\ displaystyle P_ {D}} potrzebne do pokonania oporu lub oporu powietrza jest:
PD = 1 2 ρ vr 3 CDA {\ Displaystyle P_ {D} \, = {\ tfrac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {r} ^ {3} \, C_ {D} \, A} w nieruchomym powietrzu lub PD = 1 2 ρ va 2 vr CDA {\ Displaystyle P_ {D} \, = {\ tfrac {1} {2}} \ \ rho \ , v_ {a} ^ {2} \, v_ {r} \, C_ {D} \, A} w przeciwny wiatr,
gdzie
ρ {\ displaystyle \ rho} to gęstość powietrza, która wynosi około 1,225 kg / m ^ 3 na poziomie morza i 15 st. C. vr {\ displaystyle v_ {r}} to prędkość w stosunku do drogi, va {\ displaystyle v_ {a}} jest pozornym wiatrem, a CDA {\ displaystyle C_ {D} \, a} to charakterystyczny obszar razy jego powiązany współczynnik oporu.
Pojęcie wiatru pozornego ma tutaj bezpośrednie zastosowanie tylko wtedy, gdy pochodzi z prawdziwego wiatru czołowego lub tylnego. Wtedy v a {\ displaystyle v_ {a}} jest sumą skalarną v r {\ displaystyle v_ {r}} i wiatr w czoło lub różnicę między v r {\ displaystyle v_ {r}} i tylnym wiatrem. Jeśli ta różnica jest ujemna, należy traktować P D {\ Displaystyle P_ {D}} raczej jako pomoc niż opór. Jeśli jednak wiatr ma składową boczną, wiatr pozorny należy obliczyć za pomocą sumy wektorów, a zwłaszcza jeśli rower jest opływowy, obliczenia sił bocznych i oporu stają się bardziej złożone; właściwe traktowanie obejmuje rozważenie sił na powierzchniach, takich jak siły działające na żagle.
Współczynnik oporu zależy od kształtu obiektu i liczby Reynoldsa, która sama zależy od va {\ displaystyle v_ {a }}. Jeśli jednak A {\ Displaystyle A} jest polem przekroju poprzecznego, CD {\ Displaystyle C_ {D}} można z grubsza przybliżyć jako 1 dla zwykłych prędkości jazdy rowerzysty na rowerze w pozycji pionowej.
Rolling opórEdytuj
Moc PR {\ Displaystyle P_ {R}} do pokonywania opon „opory toczenia są podane przez:
PR = vrmg cos (arctan s) C rr ≈ vrmg C rr {\ Displaystyle P_ {R} = v_ {r} \, mg \ cos (\ arctan s) C_ {rr} \ ok v_ {r} mgC_ {rr}}
gdzie g jest grawitacją, nominalnie 9,8 m / s ^ 2 im to masa (kg). Przybliżenie może być używane ze wszystkimi normalnymi współczynnikami oporu toczenia C rr {\ Displaystyle C_ {rr}}. Zwykle zakłada się, że jest to niezależne od vr {\ Displaystyle v_ {r} } (prędkość roweru na drodze), chociaż uznaje się, że rośnie wraz z prędkością. Pomiary na mechanizmie rolkowym dają współczynniki niskiej prędkości od 0,003 do 0,006 dla różnych opon napompowanych do maksymalnego zalecanego ciśnienia, zwiększając o około 50 % przy 10 m / s.
Siła wznoszeniaEdit
Pionowe wspinanie się moc PS {\ Displaystyle P_ {S}} na zboczu s {\ Displaystyle s} jest podane przez
PS = vrmg sin (arctan s) ≈ vrmgs {\ Displaystyle P_ {S} = v_ {r} mg \ sin (\ arctan s) \ ok. V_ {r} mgs}.
To przybliżenie zbliża się do rzeczywistego rozwiązania dla małych, tj. normalnych ocen. W przypadku bardzo stromych zboczy, takich jak 0,35, przybliżenie daje przeszacowanie o około 6%.
Ponieważ moc ta jest wykorzystywana do zwiększenia potencjalnej energii roweru i rowerzysty, jest ona zwracana jako siła napędowa podczas zjazdu, a nie utracone, chyba że kierowca hamuje lub jedzie szybciej niż jest to pożądane.
Moc do przyspieszeniaEdytuj
Moc PA {\ displaystyle P_ {A}} do przyspieszania roweru i jeźdźca o masie całkowitej m z przyspieszenie a i obrotowo również koła o masie mw {\ displaystyle m_ {w}} to:
PA ≈ vr (m + mw) a {\ displaystyle P_ {A} \ ok v_ {r} (m + m_ {w}) a}
Przybliżenie jest ważne, jeśli zakłada się, że mw {\ Displaystyle m_ {w}} koncentruje się na felgach i oponach, a te się nie ślizgają. W związku z tym masę takich kół można policzyć dwukrotnie do tych obliczeń, niezależnie od rozmiarów kół.
Ponieważ moc ta jest wykorzystywana do zwiększenia energii kinetycznej roweru i rowerzysty, jest ona zwracana podczas zwalniania, a nie zgubione, chyba że kierowca hamuje lub jedzie szybciej niż pożądane.
Całkowita mocEdit
P = (PD + PR + PS + PA) / η {\ Displaystyle P \, = (P_ {D} \ , + P_ {R} \, + P_ {S} \, + P_ {A} \,) / \ eta \,}
gdzie η {\ displaystyle \ eta \,} to sprawność mechaniczna układu napędowego opisane na początku tego artykułu.
Biorąc pod uwagę to uproszczone równanie, można obliczyć pewne interesujące wartości. Na przykład, zakładając brak wiatru, uzyskuje się następujące wyniki dla mocy dostarczanej do pedałów (waty):
Giro d „Italia
Tour de France
- Tourmalet = 7%
- Galibier = 7,5%
- Alpe D „Huez = 8,6%
- Mont Ventoux = 7,1%.