Почему снижение веса велосипеда оказывает такое влияние на скорость?

Я пытаюсь понять физику веса велосипеда. Я только что переключился с 11-килограммового дорожного велосипеда на 8-килограммовый (очевидно, что есть еще много факторов и различий между двумя велосипедами, кроме веса), и заметил выгоду от снижения веса. Однако я не уверен, что понимаю это.

Скажем, например, мой общий вес составляет 8 + 75 для общего веса 83 кг. Разница между этим и 86 кг минимальна, но, по-видимому, имеет значение больше, чем я ожидал.

Предполагая, что я могу выровнять общий вес, неся пачку или особенно тяжелую бидонную / седельную пачку), чтобы общий вес мог быть одинаковым, почему более легкий велосипед всегда выглядит быстрее?

Я читал кое-что о вращательной массе, которая, кажется, указывает на то, что это не имеет ничего общего с вашим общим весом, воспринимаемым через гравитацию, но с эквивалентным подъемным усилием движущихся частей, а именно ваших колес, и фактически это вес колеса, который это главный фактор, потому что вам нужно поднять половину колеса, чтобы получить импульс вперед. Является ли это своего рода гироскопическим эффектом, когда чем проще повернуть колесо, тем быстрее вы едете?

Двумя основными "тормозами" велосипеда на ровной поверхности являются сопротивление качению шин и сопротивление ветра велосипеда и водителя.

Как правило, до некоторой степени шина с более высоким давлением будет иметь более низкое сопротивление качению, как и шина с более гладким протектором. Ширина шины также имеет значение, но в основном с точки зрения того, как она влияет на давление и протектор.

Сопротивление ветру зависит от ширины шины, количества спиц, размера трубы и положения водителя. Как правило, по мере увеличения скорости движения велосипеда ширина шины и количество спиц уменьшаются, а положение водителя становится более склонным (и, следовательно, более аэродинамическим). Размер трубы не имеет тенденцию сильно варьироваться (и может фактически увеличиваться при переходе на сталь-> алюминий-> углерод), но этот эффект незначителен, и незначительные различия в конструкции рамы могут быть более значительными.

Также могут быть изменения в эргономике - например, более склонная к поездке позиция, хотя и более утомительная, часто несколько лучше для максимальной выходной мощности.

Качество подшипников практически не фигурирует. Даже дешевые подшипники имеют очень низкие потери, и разница в сопротивлении между ними и лучшими подшипниками вряд ли будет измеримой. (Большая разница в долговечности.)

Вес велосипеда входит в уравнение только тогда, когда нужно «подняться» (и в очень незначительной степени для сопротивления качению), но, конечно, редко бывает маршрут, который не поднимается / опускается на 0,5% или около того большую часть времени , Эти 0,5% увеличивают мощность, необходимую для поддержания постоянной скорости, примерно на 10% в течение мертвого уровня. Но разница в 3 кг между двумя вышеупомянутыми мотоциклами составит примерно 0,4% разницы в мощности на этом склоне 0,5%.

Некоторые из физики просты. Для перемещения объекта массой m вверх по склону требуется объем работы, пропорциональный весу. Это масса, умноженная на гравитационное ускорение, умноженное на смещение W = mgd . Так что для более тяжелого велосипеда это требует больше работы. Это также требует большей средней мощности, чтобы поднять его по сравнению с тем же подъемом за фиксированный промежуток времени.

Но если в вашем эксперименте с теми же весами есть, то этого физического эффекта нет, это просто восприятие или другое физическое явление. Также это ограничено скалолазанием.

Угловое ускорение ваших колес является фактором ускорения. Когда вы применяете крутящий момент для увеличения угловой скорости колеса, момент инерции является фактором. Это в основном учет того, сколько массы и как далеко от оси. Подумайте о фигуристе, который вращается с вытянутыми руками, а затем подтягивает их, чтобы быстрее вращаться. Гравитация на колесах является отдельным соображением, описанным выше.

Другим физическим явлением в игре может быть аэродинамическое сопротивление. В простейших моделях это пропорционально площади поперечного сечения, квадрату скорости и коэффициенту сопротивления. Некоторые говорят, что более тяжелый мотоцикл с лучшими аэродинамическими характеристиками в целом работает более эффективно. Учитывая совокупный вес с гонщиком, это может быть правдой на достаточных скоростях.

Наконец, на легком байке могут быть различные факторы, которые помогут вам чувствовать себя легче и эффективнее. Может даже случиться так, что посадка ставит вас в более аэродинамически выгодное положение. Но вы будете чувствовать себя лучше на правильно подобранном велосипеде.

Попробуйте новый велосипед со старыми колесами и загруженной сумкой. Если он все еще чувствует себя быстрее, это должно быть потому, что он подходит вам лучше.

Следующее - ненужная наука:

Динамическое трение на движущихся поверхностях вступает в игру - я бы сказал, что 8 кг имеют более качественные компоненты и, следовательно, подшипник, чем велосипед 11 кг ... Ничего общего с весом, но вес и качество езды на велосипеде неразрывно связаны

Механические потери в трансмиссии велосипеда незначительны - и когда вы бежите быстро на уровне, большая часть работы противостоит сопротивлению воздуха, что означает, что вы получаете только квадратный корень усиления как изменение скорости. Таким образом, разница между довольно хорошим велосипедом и отличным в этой области будет примерно равна 1,01 ...

Шины - еще один фактор - я определенно быстрее на своем легком дорожном велосипеде из углеродного волокна, чем на своем тяжелом стальном пригородном велосипеде, но дорожный мотоцикл имеет легкие 23-миллиметровые шины при 110 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с гораздо более тяжелыми (устойчивыми к проколам) 32-миллиметровыми шинами при 80 фунтах / кв. Дюйм на дороге. велосипед, поэтому я подозреваю, что большая часть различий заключается в колесах (и более аэродинамическом положении на дорожном велосипеде). - Джонни 21 октября '13 в 19:51

Полу барахло. Пригородный велосипед может иметь шины с более высоким RR, потому что гонщик будет загружен для скорости, а пригородный - для защиты от проколов и износостойкости шин - но когда конструкция шин одинакова, то шире сопротивление качению шире!

Также учитывается жесткость. Чем жестче зона BB, тем меньше мощность теряется при изгибе рамы. Сколько я не могу сказать. Но уменьшение массы при подъеме, повышенная жесткость и уменьшенное трение для увеличения мощности на колесах в совокупности, вероятно, в целом приводят к чему-то заметному

Да, это то, что велосипедные журналы говорят вам, это причина покупать их рекламодателям более дорогие велосипеды CF. Но лабораторные тесты этого не показали. На самом деле, более гибкие рамы на самом деле могут быть быстрее, особенно в скалолазании - потому что изгиб делает раму выступающей в роли пружинной сглаживающей передачи энергии

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

... Супер жесткие велосипеды отлично подходят для элитных спринтеров, но для всех остальных это дорогая и неудобная трата денег.

Угловое ускорение ваших колес является фактором ускорения.

Это фактор, но невероятно маленький. Из всех глупостей, которые велосипедисты думают о производительности, идея о том, что вес колеса имеет большое влияние, вероятно, является самой глупой, потому что все видели доказательства обратного. Когда вы работаете на своих рельсовых механизмах и крутите педали, есть ли какое-то большое сопротивление вращению колеса? Нет, это мгновенно. И если вы носите пару кожаных перчаток, вы можете остановить движение колеса на скорости 20 миль в час с помощью кисти рук. Обе эти вещи потому, что энергия, необходимая для вращения колеса, крошечная. (Есть формула для этого - вы должны были выучить это в старшей школе!)

Худший случай для колеса - то, что оно требует удвоенной энергии невращающейся массы для кинетической энергии. Таким образом, для колес весом 2 кг, рамы весом 10 кг и всадника весом 50 кг это составляет от 4 до 10 до 50. Эффект от массы колеса становится еще меньше, если рассматривать реалистичный случай с силами сопротивления.

Я пытаюсь понять физику веса велосипеда. Я только что переключился с 11-килограммового дорожного велосипеда на 8-килограммовый (очевидно, что есть еще много факторов и различий между двумя велосипедами, кроме веса) , и заметил выгоду от снижения веса. Однако я не уверен, что понимаю это.

..Так ты вообще не заметил разницы из-за веса. Вы предполагали это, потому что это то, что велит маркетинг велосипедов.

Я предполагаю, что вы испытали смесь плацебо и сопротивления качению - шины одной и той же ширины и категории могут варьироваться примерно на 50% в ОР.

На самом деле это не имеет большого влияния на скорость. Имейте в виду, когда вы едете, это не только вес велосипеда, с которым вы имеете дело. Это также вес всадника и все, что вы несете. Когда вы добавляете это, потеря нескольких фунтов редко превышает общее снижение веса на 5%, обычно больше как 1-2%.

Если вы думаете, что сбросить фунт с велосипеда имеет огромное значение, то в следующий раз, когда вы едете на велосипеде, сбросьте с велосипеда полную бутылку с водой и посмотрите, вдруг ли вы станете значительно быстрее. Вы не будете. Результаты гонки подтверждают это. Взгляните на среднюю скорость Тур де Франс 2012 года и Тур де Франс 1982 года. В течение этого 30-летнего перерыва средний велосипед потерял в весе более 6 фунтов (25-30%!), Но средняя скорость возросла менее чем на 1 милю в час. Также имейте в виду, что велосипеды также стали более аэродинамичными, команды стали более скоординированными в своей тактике (благодаря радио и прямому телевидению в командных автомобилях), гонщики теперь тренируются с большей точностью (без измерителей мощности в 82-м) и гонщики приезжают В Тур лучше отдыхать из-за более короткого гоночного графика.

Легкие велосипеды чувствуют себя легче во многом благодаря эффекту плацебо. Также, если мотоцикл быстрее, трудно сказать, потому что он легче. Единственный способ действительно измерить это - взять два абсолютно одинаковых велосипеда и прибавить вес к одному, а затем провести двойной слепой тест с записью данных на измерителе мощности. Люди провели эти исследования, и результаты показали, что вес не так уж важен, как многие из нас думают.

Все это говорит о том, что легкие велосипеды веселее. Они просто есть. ;)