Короткий ответ на ваш первый вопрос: «Экономия энергии при использовании керамических подшипников по сравнению с хорошими стальными подшипниками практически равна нулю». Краткий ответ на ваш второй вопрос: «Да, разницу можно измерить, но это нелегко». Чем дольше ответ, тем ниже поддержка.
Во-первых, однако, это немного зависит от того, говорите ли вы о колесных подшипниках, подшипниках нижних кронштейнов или обоих. Если вы заинтересованы в измерении разницы, то способ измерения отличается для двух. Сопротивление подшипников BB будет проявляться в различиях в эффективности трансмиссии, в то время как подшипники ступиц будут выступать в качестве компонента сопротивления качению. Разница, конечно, заключается в том, что потери в трансмиссии возникают только при вращении педали, а не во время движения накатом, в то время как потери при качении возникают до тех пор, пока вы катаетесь, будь то педали или нет.
Вы можете измерить разницу в сопротивлении подшипника ступицы холостого хода, удерживая колесо в воздухе вилкой, используя самодельный датчик скорости, оборудованный жюри с герконовым переключателем, подключенным к цифровому диктофону. Вы вращаете колесо вверх, затем записываете и рассчитываете разницу во времени «щелчков», когда колесо замедляется. Поменяйте подшипники, вспените, промойте, повторите.
Тем не менее, это будет в режиме без нагрузки, и вы можете подумать, что различия в сопротивлении подшипника могут быть усилены в ситуациях с нагрузкой. Если это так, вам придется проверить таким образом. Вы можете сделать это в лаборатории, но это также возможно сделать и в поле зрения с помощью датчика скорости, установленного жюри.
Сначала немного предыстории. Компонент сопротивления качению обычно измеряется коэффициентом сопротивления качению, Crr (коэффициент аэродинамического сопротивления равен Cd, который обычно умножается на площадь передней поверхности A и описывается комбинированным термином CdA). Crr может иметь компонент, зависящий от скорости, но на скоростях цикла это незначительно, поэтому мы можем предположить, что Crr является постоянным. Если это так, то мощность, требуемая для движения мотоцикла и гонщика на заданной скорости, довольно хорошо известна и понятна: вместо того, чтобы пройти через все это здесь, я укажу (блестящий) метод, который позволяет вам оценить CdA и Crr, который можно найти здесь .
Теперь, если вы сделаете все это, вы обнаружите, что для типичного велосипеда общий общий Crr из всех источников (шин, камер, подшипников ступиц и типичного «гладкого» дорожного покрытия) составляет около 0,005. Crr для действительно хороших шин на той же поверхности может быть .0045; для действительно паршивых шин Crr может составлять 0,006; и для действительно шероховатой поверхности Crr может достигать 0,01. И, в некотором контексте, если вы посмотрите на уравнение мощности, связанное с выше, вы увидите, что Crr масштабируется точно так же, как градиент в его влиянии на мощность, поэтому, когда Crr равен 0,01, влияние на мощность точно такое же, как повышение на 1%. Аналогичным образом, увеличение Crr на 0,001, вызванное либо другой шиной, либо предполагаемой разницей в подшипниках, похоже на подъем на 0,1% круче.
Вот еще один факт, также вытекающий из приведенной выше ссылки: эмпирическое правило заключается в том, что при скорости 25 миль в час на плоской твердой поверхности велосипедисту в хорошем аэродинамическом положении требуется около 250 Вт (исключительное аэродинамическое положение достигается при мощности менее 200 Вт). При скорости 25 миль в час разница в Crr, равная примерно .0005, примерно эквивалентна разнице в мощности 5 Вт. То есть разница между хорошей шиной и очень хорошей шиной стоит около 5 ватт при 25 милях в час.
Если вы провели какие-либо полевые испытания сопротивления движению велосипеда, вы поймете, что разница в сопротивлении качению составляет 5 Вт. Гонщики сообщают, что разница между использованием керамических и стальных подшипников ступиц не заметна.