ทำไมการลดน้ำหนักของจักรยานจึงมีผลกระทบต่อความเร็ว?

ฉันพยายามที่จะเข้าใจฟิสิกส์ของน้ำหนักจักรยาน ฉันเพิ่งได้เปลี่ยนจากจักรยานยนต์ 11Kg เป็น 8Kg หนึ่ง (เห็นได้ชัดว่ามีปัจจัยและความแตกต่างมากมายระหว่าง 2 มอเตอร์ไซค์นอกเหนือจากน้ำหนัก) และสังเกตเห็นประโยชน์ของการลดน้ำหนัก อย่างไรก็ตามฉันไม่แน่ใจว่าฉันเข้าใจ

สมมติว่าตัวอย่างน้ำหนักรวมของฉันคือ 8 +75 สำหรับน้ำหนักรวมของ 83Kg ความแตกต่างระหว่างสิ่งนี้กับ 86Kg นั้นน้อยมาก แต่ก็สร้างความแตกต่างได้มากกว่าที่ฉันคาดไว้

สมมติว่าฉันสามารถทำให้น้ำหนักรวมเท่ากันโดยการบรรทุกหนึ่งซองหรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง bidon / อานแพ็ค) ซึ่งทำให้น้ำหนักรวมนั้นเท่ากันทำไมจักรยานที่เบากว่าจึงดูเร็วขึ้นเสมอ?

ฉันได้อ่านบางอย่างเกี่ยวกับมวลการหมุนซึ่งดูเหมือนว่าบ่งบอกว่ามันไม่ได้ทำอะไรมากมายกับน้ำหนักรวมของคุณตามการรับรู้ผ่านแรงโน้มถ่วง แต่ด้วยความพยายามยกที่เท่าเทียมกันของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวนั่นคือล้อของคุณ เป็นปัจจัยสำคัญเนื่องจากคุณจำเป็นต้องยกล้อครึ่งวงเพื่อสร้างแรงผลักดันไปข้างหน้า นี่คือการเรียงลำดับของไจโรสโคปโดยที่การหมุนวงล้อของคุณเร็วขึ้น

"ลาก" สำคัญสองอย่างบนจักรยานบนพื้นราบคือความต้านทานการหมุนของยางและความต้านทานลมของจักรยานและผู้ขับขี่

โดยทั่วไปจนถึงจุดหนึ่งยางที่มีแรงดันสูงจะมีความต้านทานต่อการหมุนต่ำกว่าเช่นเดียวกับยางที่มีดอกยางที่นุ่มนวลขึ้น ความกว้างของยางรถยนต์ก็มีผลเช่นกัน แต่ส่วนใหญ่ในแง่ของอิทธิพลของแรงกดและดอกยาง

ความต้านทานลมได้รับผลกระทบจากความกว้างของยางจำนวนซี่ขนาดท่อและตำแหน่งผู้ขับขี่ โดยทั่วไปในขณะที่ "ความเร่าร้อน" ของจักรยานเพิ่มขึ้นความกว้างของยางและจำนวนการพูดลดลงและตำแหน่งผู้ขับขี่จะกลายเป็นเรื่องง่ายมากขึ้น (และด้วยเหตุนี้อากาศพลศาสตร์มากขึ้น) ขนาดท่อไม่แตกต่างกันมาก (และอาจเพิ่มขึ้นตามจริงเมื่อคุณใช้เหล็กกล้า -> อลูมิเนียม -> คาร์บอน) แต่เอฟเฟกต์นั้นแตกต่างกันเล็กน้อยและความแตกต่างเล็กน้อยในการออกแบบกรอบอาจมีความสำคัญมากกว่า

นอกจากนี้ยังอาจมีการเปลี่ยนแปลงตามหลักสรีรศาสตร์เช่นตำแหน่งการขี่ที่มีแนวโน้มมากขึ้นในขณะที่ความเหนื่อยล้ามากขึ้นมักจะดีกว่าสำหรับกำลังขับสูงสุด

คุณภาพของตลับลูกปืนแทบจะไม่มีเลย แม้แบริ่ง cheapo มีการสูญเสียต่ำมากและความแตกต่างในการลากระหว่างพวกเขาและแบริ่งด้านบนของบรรทัดไม่น่าจะวัดได้ (ความแตกต่างที่ใหญ่กว่าคือความทนทาน)

น้ำหนักของจักรยานเข้ามาในสมการเมื่อต้อง "ไต่" (และมีความต้านทานต่อการหมุนน้อยมาก) แต่แน่นอนว่ามันยากที่จะมีเส้นทางที่ไม่ขึ้น / ลง 0.5% หรือเกือบตลอดเวลา . ที่ 0.5% เพิ่มพลังที่จำเป็นในการถือความเร็วคงที่ประมาณ 10% ในหลักสูตรระดับตาย แต่ความแตกต่าง 3 กิโลกรัมระหว่างจักรยานสองคันข้างต้นนั้นมีความแตกต่างของพลังงานประมาณ 0.4% สำหรับความชัน 0.5%

ฟิสิกส์บางเรื่องง่าย ต้องการย้ายวัตถุของมวลเมตรขึ้นเอียงต้องใช้ปริมาณของสัดส่วนการทำงานเพื่อน้ำหนักที่ นี่คือมวลคูณความเร่งความโน้มถ่วงคูณด้วยการกระจัดW = mgd ดังนั้นสำหรับจักรยานที่หนักกว่ามันต้องใช้งานมากกว่านี้ นอกจากนี้ยังต้องใช้พลังงานเฉลี่ยมากขึ้นเพื่อยกมันขึ้นในเวลาเดียวกันคงที่

แต่ถ้าในการทดลองของคุณที่มีน้ำหนักเท่ากันผลกระทบทางกายภาพนี้ไม่ได้อยู่ที่นั่นมันเป็นเพียงการรับรู้หรือปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น นอกจากนี้ยัง จำกัด การปีนเขา

ความเร่งเชิงมุมของล้อของคุณเป็นปัจจัยที่คุณต้องเร่ง เมื่อคุณใช้แรงบิดเพื่อเพิ่มความเร็วเชิงมุมของล้อช่วงเวลาแห่งความเฉื่อยเป็นปัจจัย นี่คือการบัญชีว่ามีมวลเท่าไหร่และอยู่ห่างจากแกนเท่าใด นึกถึงนักสเก็ตลีลาที่กำลังหมุนแขนออกแล้วดึงพวกเขาเข้ามาหมุนเร็วขึ้น แรงโน้มถ่วงบนล้อเป็นการพิจารณาแยกต่างหากที่อธิบายไว้ข้างต้น

อีกปรากฏการณ์ทางกายภาพที่กำลังเล่นอยู่อาจเป็นแรงเสียดทานตามหลักอากาศพลศาสตร์ ในแบบจำลองที่ง่ายที่สุดนี่จะเป็นสัดส่วนกับพื้นที่หน้าตัด, ความเร็วกำลังสองและสัมประสิทธิ์การลาก บางคนบอกว่าจักรยานที่หนักกว่าที่มีสมรรถนะแอโรไดนามิกดีกว่า เมื่อพิจารณาจากน้ำหนักรวมกับผู้ขับขี่สิ่งนี้อาจเป็นจริงด้วยความเร็วที่เพียงพอ

ในที่สุดอาจมีปัจจัยหลายอย่างที่เหมาะสมกับจักรยานที่เบาซึ่งทำให้คุณรู้สึกง่ายขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับคุณ อาจเป็นไปได้ว่าขนาดที่พอดีทำให้คุณอยู่ในตำแหน่งที่ได้เปรียบตามหลักอากาศพลศาสตร์มากกว่า แต่คุณจะรู้สึกดีขึ้นเมื่อขี่จักรยานอย่างถูกวิธี

ลองจักรยานใหม่ด้วยล้อเก่าและกระเป๋าที่เต็มไป ถ้ามันยังรู้สึกเร็วขึ้นคงเป็นเพราะมันเหมาะกับคุณมากกว่า

ต่อไปนี้เป็นวิทยาศาสตร์ขยะ:

แรงเสียดทานแบบไดนามิกบนพื้นผิวที่เคลื่อนไหวเข้ามามีบทบาท - ฉันใส่ $ ลงไปว่า 8 กิโลกรัมมีส่วนประกอบที่มีคุณภาพที่ดีกว่าดังนั้นจึงมีน้ำหนักมากกว่าจักรยาน 11 กก. ..... ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับน้ำหนัก แต่ในเรื่องน้ำหนักและคุณภาพของการขี่จักรยาน

การสูญเสียเครื่องจักรกลในระบบส่งกำลังของจักรยานมีขนาดเล็ก - และเมื่อคุณทำงานอย่างรวดเร็วในระดับการทำงานส่วนใหญ่จะต่อต้านการต้านอากาศซึ่งหมายความว่าคุณจะได้รับรากที่สองของการได้รับเป็นการเปลี่ยนแปลงในความเร็ว ดังนั้นความแตกต่างระหว่างมอเตอร์ไซค์ที่ค่อนข้างดีกับรถที่ยอดเยี่ยมในบริเวณนี้จะเป็นอะไรที่คล้ายกับ sqrt ของ 1.01 ...

ยางเป็นอีกปัจจัยหนึ่ง - แน่นอนว่าฉันเร็วกว่าจักรยานถนนคาร์บอนไฟเบอร์ที่เบากว่ารถมอเตอร์ไซค์แบบหนักของฉัน แต่จักรยานถนนมียาง 23 มม. น้ำหนักเบาที่ 110 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเทียบกับยาง 32 มมที่หนักกว่าที่ 80psi ในการเดินทาง จักรยานดังนั้นฉันสงสัยว่าความแตกต่างส่วนใหญ่อยู่ในล้อ (และตำแหน่งอากาศพลศาสตร์ที่มากขึ้นบนจักรยานถนน) - จอห์นนี่ 21 ต.ค. 13 เวลา 19:51 น

ขยะกึ่ง จักรยานคอมพาวด์อาจมียาง RR ที่สูงกว่าเพราะนักแข่งจะถูกบูทด้วยความเร็วและมีพร็อพสำหรับการป้องกันการเจาะและความทนทานของยาง - แต่เมื่อการออกแบบยางนั้นเหมือนกัน

ความแข็งยังเป็นปัจจัยที่ทำให้พื้นที่ BB แข็งขึ้นพลังการสูญเสียที่น้อยลงของเฟรมงอ ฉันพูดไม่ออกเท่าไหร่ แต่การลดมวลสำหรับการปีนเขาเพิ่มความแข็งแกร่งและลดแรงเสียดทานเพื่อเพิ่มพลังให้กับล้อรวมกันอาจเพิ่มขึ้นเป็นสิ่งที่เห็นได้ชัด

ใช่มันเป็นสิ่งที่นิตยสารจักรยานบอกคุณว่าเป็นเหตุผลในการซื้อผู้โฆษณา CF ของพวกเขาที่มีราคาแพงกว่า แต่การทดสอบในห้องปฏิบัติการไม่ได้แสดงให้เห็น ในความเป็นจริงเฟรม flexier สามารถเร็วขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปีนเขา - เนื่องจาก flex ทำให้เฟรมทำหน้าที่เป็นการส่งกำลังแบบสปริงที่ราบรื่น

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

... จักรยานสุดยอดเยี่ยมสำหรับนักวิ่งที่ยอดเยี่ยม แต่สำหรับคนอื่น ๆ นั้นเป็นการสิ้นเปลืองเงินที่แพงและไม่สบายใจ

ความเร่งเชิงมุมของล้อของคุณเป็นปัจจัยที่คุณต้องเร่ง

มันเป็นปัจจัย แต่เป็นชิ้นเล็ก ๆ อย่างไม่น่าเชื่อ นักปั่นจักรยานทุกคนเชื่อในประสิทธิภาพการทำงานความคิดที่ว่าน้ำหนักล้อมีผลกระทบมากน่าจะเป็นสิ่งที่โง่ที่สุดเพราะทุกคนได้เห็นหลักฐานในทางตรงกันข้าม เมื่อคุณทำงานกับคนขับรถและหมุนแป้นเหยียบคันเร่งจะมีการตอบสนองที่ยอดเยี่ยมสำหรับล้อที่กำลังจะมาถึงหรือไม่? ไม่มันทันที และถ้าคุณสวมถุงมือหนังคู่หนึ่งคุณสามารถหยุดล้อเคลื่อนย้ายที่รอบต่อนาทีเป็นเวลา 20 ไมล์ต่อชั่วโมงด้วยแปรงมือของคุณ ทั้งสองสิ่งนี้เป็นเพราะพลังงานที่จำเป็นในการหมุนวงล้อนั้นเล็กมาก (มีสูตรสำหรับสิ่งนี้ - คุณควรจะได้เรียนรู้ในโรงเรียนมัธยม!)

กรณีที่แย่ที่สุดสำหรับล้อคือมันต้องใช้พลังงานเป็นสองเท่าของมวลที่ไม่หมุนเพื่อพลังงานจลน์ ดังนั้นสำหรับล้อ 2 กก. เฟรม 10 กก. และไรเดอร์ 50 กก. นั่นคือ 4 ถึง 10 ถึง 50 เอฟเฟกต์ของมวลล้อจะเล็กลงเมื่อคุณพิจารณากรณีจริงด้วยแรงต้านทาน

ฉันพยายามที่จะเข้าใจฟิสิกส์ของน้ำหนักจักรยาน ฉันเพิ่งได้เปลี่ยนจากจักรยานยนต์ 11Kg เป็น 8Kg หนึ่ง(เห็นได้ชัดว่ามีปัจจัยและความแตกต่างมากมายระหว่าง 2 มอเตอร์ไซค์นอกเหนือจากน้ำหนัก)และสังเกตเห็นประโยชน์ของการลดน้ำหนัก อย่างไรก็ตามฉันไม่แน่ใจว่าฉันเข้าใจ

.. ดังนั้นคุณไม่ได้สังเกตเห็นความแตกต่างเนื่องจากน้ำหนักเลย คุณคิดเอาเองเพราะนั่นคือสิ่งที่ตลาดจักรยานบอกให้คุณทำ

ฉันเดาว่าคุณเคยมีส่วนผสมของยาหลอกและความต้านทานการลดการหมุน - ยางที่มีความกว้างและประเภทเดียวกันอาจแตกต่างกันประมาณ 50% ใน RR

จริงๆแล้วมันไม่ได้มีผลกระทบอย่างมากต่อความเร็ว โปรดจำไว้ว่าเมื่อคุณขี่มันไม่ได้เป็นเพียงน้ำหนักของจักรยานที่คุณกำลังเผชิญอยู่ นอกจากนี้ยังเป็นน้ำหนักของผู้ขับขี่และสิ่งที่คุณบรรทุก เมื่อคุณเพิ่มขึ้นที่สูญเสียไม่กี่ปอนด์มักจะมากกว่าการลดน้ำหนักรวม 5% มักจะเหมือน 1-2%

หากคุณคิดว่าการลดลงหนึ่งปอนด์จากจักรยานสร้างความแตกต่างอย่างมากในครั้งต่อไปที่คุณออกไปขี่ขวดน้ำดื่มเต็มขวดออกจากจักรยานของคุณและดูว่าคุณจะกลายเป็นเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ คุณจะไม่ ผลการแข่งขันออกมา ดูที่ความเร็วเฉลี่ยของตูร์เดอฟรองซ์และตูร์เดอฟรองซ์ 1982 ในช่วงระยะเวลา 30 ปีนั้นจักรยานเฉลี่ยลดลงมากกว่า 6 ปอนด์ (25-30%!) ในน้ำหนัก แต่ความเร็วเฉลี่ยเพิ่มขึ้นน้อยกว่า 1mph จำไว้เสมอว่าจักรยานได้กลายเป็นอากาศพลศาสตร์มากขึ้นทีมได้ประสานงานกันมากขึ้นในกลยุทธ์ของพวกเขา (ด้วยวิทยุและฟีดรายการทีวีถ่ายทอดสดในรถยนต์ของทีม) ผู้ขับขี่ได้ฝึกฝนด้วยความแม่นยำมากขึ้น เข้าสู่การพักผ่อนที่ดีขึ้นเนื่องจากกำหนดการแข่งที่สั้นลง

จักรยานเบารู้สึกเบามากเนื่องจากผลของยาหลอก ถ้าจักรยานเร็วขึ้นมันก็ยากที่จะบอกได้ว่ามันเบากว่าหรือเปล่า วิธีเดียวที่จะวัดว่าจะต้องใช้จักรยานสองตัวที่เหมือนกันจริง ๆ และเพิ่มน้ำหนักให้กับจักรยานหนึ่งคันจากนั้นทำการทดสอบแบบสองทางด้วยการบันทึกข้อมูลลงในมิเตอร์ไฟฟ้า ผู้คนได้ทำการศึกษาเหล่านี้และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าน้ำหนักไม่ได้เป็นเรื่องใหญ่ที่เราคิดว่าเป็นเรื่องใหญ่

ทั้งหมดที่กล่าวมานั้นจักรยานที่เบากว่านั้นสนุกกว่า พวกเขาเป็นเพียงแค่ ;)